Brevet FR2556993A1 — publié le 19850628

OUTIL POUR LE NETTOYAGE DES RIGOLES DE COULEE La présente invention concerne un outil destiné au nettoyage des rigoles de coulée et de tout autre récipient garni d'un réfractaire et dont les parois ont été mises en contact avec des matériaux en fusion. Dans la sidérurgie comme dans la métallurgie des métaux non ferreux et tout autre genre d'industrie mettant en oeuvre des matériaux en fusion, il est connu d'utiliser des récipients soit pour stocker lesdits maté- riaux, soit pour les véhiculer d'un point à un autre des installations de traitement. C'est ainsi qu'en sidérurgie, les hauts fourneaux sont généralement équipés de conduites de section trapézoïdale ouvertes vers le haut sur au moins une partie de leur longueur et appelées chenaux ou rigoles de coulée. Ces rigoles sont destinées à recueillir la fonte liquide produite par le haut fourneau pour la véhiculer vers des machines de coulée ou des poches d'affinage. Ces rigoles sont le plus souvent constituées d'une armature métallique garnie intérieurement de pièces réfractaires. Au contact des matériaux en fusion, le garnissage de ces rigoles se dé- tériore peu à peu par abrasion et/ou par effet thermique. Cela peut conduire à la longue à des infiltrations de matériaux jusqu'au niveau de l'armature et à sa mise hors service par perçage. De même, le garnis- sage peut se recouvrir progressivement de dépôts provenant soit de pro- duits solides entraînés par les matériaux véhiculés, soit d'une solidi- fication partielle et intempestive des matériaux eux-mêmes. Ces dépôts réduisent alors la section de passage des rigoles-et conduisent'à une diminution du débit véhiculé, c'est-à-dire de la capacité de traitement de l'installation. Ces dépôts peuvent même être à l'origine de déborde- ments des matériaux, incident qui peut être très préjudiciable à la sécurité du personnel. C'est pourquoi, il est nécessaire de procéder périodiquement à un netto- yage de ces rigoles soit pour préparer les parois à une réfection du garnissage et maintenir ainsi ce matériel en état de marche, soit pour éliminer la majeure partie des dépôts et retrouver outre une sécurité accrue, une capacité de traitement normale. Actuellement, cette opération de nettoyage s'effectue le plus souvent de façon manuelle, à l'aide d'outils plus ou moins bien adaptés. Mais, une telle méthode présente plusieurs inconvénients: - d'abord, elle est lente et de ce fait elle entraîne des frais de main d'oeuvre relativement élevés. Cette lenteur conduit également à une immobilisation prolongée du matériel, ce qui dans le cas d'une utilisa- tion en continu peut nécessiter le recours à un matériel de rechange et grever ainsi les frais d'investissement, - ensuite, elle est d'une précision limitée, ce qui oblige l'opérateur à une grande habileté pour ne pas détériorer les parties du garnissage en bon état, - enfin, elle est pénible car elle oblige l'opérateur à travailler à pro- ximité de récipients portés à une température relativement élevée, dans un environnement pollué par le bruit et les fumées. C'est pourquoi, dans le but de supprimer ces inconvénients, des techni- ciens se sont tournés vers la mécanisation de cette opération de netto- yage. Mais pour éviter de recourir à des machines trop sophistiquées, et par suite chères, ils ont cherché à se servir des engins de manutention utilisés couramment sur des chantiers de grands travaux, tels que mines, barrage, bâtiment, etc... en y adaptant des outils spécifiques du net- toyage. Avec ces engins équipés de bras télécommandés, facilement manipulables, l'opération est plus rapide. De plus, en raison de la précision avec laquelle la position de l'outil peut être réglée par rapport au récipient, l'action de ce dernier s'e- xerce uniquement sur le dépôt ou sur la partie à remettre en état et permet d'éviter toute dégradation intempestive. Enfin, outre la grande envergure de leur bras, favorable à un travail à distance, ces engins sont pour la plupart munis de cabines isolées du milieu ambiant. L'opérateur se trouve ainsi a l'abri des pollutions et travaille donc dans des conditions d'hygiène et de sécurité nettement améliorées par rapport à celles du travail manuel. Des adaptations peuvent être nécessaires pour rendre ces engins aptes à la fonction de nettoyage mais elles ne changent pas fondamentalement leur conception. Par contre, en ce qui concerne loutil lui-même, le fait d'être mécanisé permet de le réaliser suivant une structure et avec un fonctionnement très différents de ceux des outils utilisés manuelle- ment. C'est ainsi que dans le brevet français 2 504 829, l'inventeur a conçu un outil appelé "tête de fraisage" constitué par deux étroits disques tournant autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du bras de l'engin uti- lisé et qui attaquent les dép8ts par l'intermédiaire de leurs surfaces périphériques. En raison même de l'utilisation de disques étroits, il s'avère que la surface d'attaque de cet outil est relativement petite et qu'il faut donc effectuer plusieurs passes pour nettoyer entièrement une des parois de la rigole. L'inventeur a également conçu une tête en forme de cylindre dont l'une des bases sert de surface d'attaque. Ce cylindre est monté sur le coté d'un bras de fraisage tournant de façon qu'en le basculant de 180 degrés on puisse l'utiliser aussi bien pour le nettoyage de l'une des parois latérales que pour l'autre. Mais ici encore, la nécessité de faire plu- sieurs passes s'impose. En outre, dans cette conception, la tête de fraisage est entraînée par l'intermédiaire d'un mécanisme à chaîne monté sur le bras. Mais un tel montage limite la valeur du couple disponible pour faire tourner la tête et réduit donc son efficacité dans le nettoyage. C'est pourquoi, au regard de ces enseignements, la demanderesse a senti le besoin de disposer d'un nouvel outil dont la conception permettrait de supprimer tout ou partie des inconvénients rencontrés dans l'art anté- rieur. Elle a donc entrepris des recherches ayant pour but de mettre au point un outil ayant une meilleure efficacité, c'est-à-dire une plus grande rapidité d'exécution, tout en assurant une bonne qualité de tra- vail, quels que soient la nature et l'état des rigoles. Cet objectif l'a poussée à trouver les moyens de donner à l'outil la possibilité: - d'effectuer le nettoyage d'une paroi de la rigole en une seule passe, - d'obtenir un couple supérieur à celui développé par un système d'en- trainement à chaîne, - d'accroître les forces d'abrasion appliquées aux dépôts. Elle est parvenue à un tel résultat en mettant au point un outil qui, selon l'invention, est destiné à s'adapter à l'extrémité du bras télé- commandé d'un engin mobile équipé d'au moins un circuit hydraulique et d'une source d'air comprimé et est caractérisé en ce quil comprend sui- vant sa position de travail: - une partie inférieure mobile formée dtun arbre creux à l'intérieur du- quel est logé un générateur pneumatique de vibrations et son système d'alimentation en air, à l'extérieur duquel est fixée une surface la- térale de révolution de forme ovale dont une partie au moins est garnie de pointes de fraisage, ladite partie mobile étant libre de tourner autour de son axe et de se déplacer parallèlement à cet axe dans un mouvement de va et vient, - une partie supérieure fixe par rapport au bras, formée d'un carter étanche jouant le rôle de réserve d'air et renfermant le stator et le rotor d'un moteur hydraulique à l'intérieur duquel vient se fixer l'extrémité de l'arbre creux qui est isolée du carter par un amortis- seur de vibrations. Cet outil comprend donc une partie mobile qui constitue la partie active de l'outil. Extérieurement, cette partie a une surface latérale de révolution par rapport à son axe longitudinal et dont la forme est celle d'un ovale. Cette forme a été choisie car elle est la mieux adaptée aux travaux de nettoyage de par son encombrement minimum en tête et de sa grande surface d'attaque longitudinale. Cette forme est de préférence dimensionnée au profil des rigoles de manière à assurer une efficacité maximum et de permettre le nettoyage d'une paroi en seule passe. Au moins, une partie de la surface latérale de révolution est garnie de Z556993 pointes de fraisage. Ces pointes sont disposées régulièrement de préfé- rence suivant une hélice. De préférence, elles ont toutes même sens et ont leur axe tangent à la surface de révolution et situé dans un plan perpendiculaire à la génératrice de la surface au point de contact. De préférence, l'extrémité inférieure de la partie mobile est tronquée suivant une surface circulaire garnie de pointes. Cette particularité permet à l'outil d'attaquer le fond et les parois latérales des rigoles sans avoir à le basculer d'un angle de 180 degrés comme c'était le cas dans l'art antérieur. A l'intérieur de cette surface latérale est fixé un arbre creux s'allon- geant suivant l'axe longitudinal de la partie mobile et se prolongeant vers le haut de manière à pouvoir pénétrer à l'intérieur de la partie fixe de l'outil, et à assurer une liaison mécanique avec le rotor d'un moteur hydraulique et qui confère à toute la partie mobile un mouvement de rotation autour de son axe. Cet accouplement direct de l'arbre sur le rotor évite de recourir aux dispositifs d'entraînement par chaîne de l'art antérieur et permet d'augmenter sensiblement à partir d'un moteur donné la valeur du couple disponible au niveau de l'outil. Cet arbre creux a un diamètre suffisant pour admettre l'incorporation en son sein d'un générateur pneumatique de vibrations ainsi que son système d'alimentation en air comprimé qui est relié à la réserve d'air placée à l'intérieur de la partie fixe. De mgme, l'espace entre le générateur et la paroi interne de l'arbre est assez grand pour laisser partir l'air détendu qui s'échappe du générateur et qui est évacué hors de l'outil par un orifice latéral de mise à l'air. Sous l'action de ce générateur, la partie mobile se déplace parallèlement à son axe suivant un mouvement de va et vient; un tel mouvement superposé à la rotation accroît notamment les forces d'abrasion appliquées aux dé- pôts à enlever et confère à l'outil une très grande efficacité. L'outil selon l'invention comprend également une partie supérieure formée d'un carter fixé solidement à l'extrémité du bras de l'engin mobile par l'intermédiaire d'organes d'adaptation bien connus dans le domaine des porte-outils et qui permettent d'accomplir rapidement les manoeuvres d'accouplement et de désaccouplement successives nécessaires au change- ment d'outil. Ce carter est étanche et joue le rôle de réserve d'air comprimé pour le générateur de vibration. Une tubulure placée sur sa paroi latérale per- met son alimentation à partir du compresseur de l'engin mobile et par l'intermédiaire du bras. A l'intérieur de ce carter est placé un moteur hydraulique dont le stator est solidaire de la paroi et en relation avec le circuit hydraulique de l'engin et dont le rotor est relié à l'extrémité supérieure de l'arbre creux. On y trouve également, outre les organes de roulement, un amortis- seur de vibrations, sorte d'anneau en matière élastique qui entoure l'ex- trémité de l'arbre creux et guien éliminant la transmission des vibra- tions à travers les éléments constitutifs de la partie fixe évite leur détérioration. La partie active de l'outil selon l'invention admet pour son fonctionne- ment différents genres de moteurs hydrauliques et de générateurs de vi- brations du type marteau piqueur couramment utilisés. Les modèles sont choisis en fonction de leurs dimensions et des performances souhaitées. L'outil peut être utilisé sur la plupart des engins mobiles tels que pelle mécanique ou autre appareil utilisé dans les travaux de terrassement, de creusement de galeries de mines, de tunnels, etc... L'ensemble de l'outil est adapté à l'extrémité du bras de l'engin de manière que l'axe de révolution de la partie mobile soit situé dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit bras. Cette disposition facilite l'e- xécution du nettoyage. Généralement, l'outil est orienté verticalement mais il peut prendre une orientation différente par rapport à la verticale lorsqu'il s'agit de nettoyer certaines zones particulières des rigoles. En fonctionnement, sous l'action conjuguée du mouvement de rotation, du mouvement de va et vient de la partie mobile de l'outil, les pointes de fraisage attaquent les dépôts de manière énergique de sorte que l'opéra- tion de nettoyage s'effectue rapidement et avec une précision très grande due à la souplesse de maniement du bras. La vitesse de rotation de l'outil est de préférence comprise entre 50 et 500 tours par minute et sa fréquence de va et vient entre 5 et 60 hertz. Les valeurs optima sont choisies en fonction de la nature du dépôt et des dimensions des rigoles à nettoyer. En dehors de ces fourchettes, on observe pour des valeurs inférieures une diminution de l'efficacité et pour des valeurs supérieures une tendance à lusure excessive des pointes de fraisage. En ce qui concerne la fréquence des vibrations qui communique à la partie mobile de l'outil son mouvement de va et vient, on a constaté qu'il était préférable pour le nettoyage de certaines rigoles de la faire varier en cours d'opération afin de travailler dans des conditions maxima d'effi- cacité de l'outil. De telles variations sont obtenues en agissant sur le débit d'air alimen- tant le générateur soit de façon manuelles soit de préférence en l'asser- vissant à un cycle programmé. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures qui accompagnent la présente demande. La figure 1 représente une vue latérale de l'outil selon l'invention avec coupe axiale partielle. La figure 2.est une vue latérale schématique d'un engin équipé d'un outil selon l'invention en position de nettoyage dans une rigole de coulée vue latéralement avec coupe partielle suivant son axe longitudinal. La figure 3 montre en vue latérale l'outil en position de travail dans une rigole vue suivant une coupe perpendiculaire à son axe longitudinal. Sur la figure 1, on distingue la partie inférieure (1) mobile formée d'un arbre creux (2) autour duquel est fixéeune surface latérale de révolution (3) tronquée à une de ses extrémités suivant une surface circulaire (4) toutes deux étant garnies de pointes de fraisage (5). A l'intérieur de l'arbre creux est placé le générateur pneumatique de vibrations (6), son système d'alimentation en air comprimé comprenant un canal d'amenée (7) et une tubulure (8) et son système d'évacuation (9) qui aboutit à l'évent (10). On distingue également la partie supérieure (11) entourée par le carter (12) qui est muni d'organes d'adaptation (13) au bras, d'une tuyau- terie d'admission (14) d'air comprimé qui communique avec la réserve (15) elle-même en liaison avec le canal d&amenée (7). A l'intérieur du carter sont disposés le stator (16) du moteur hydraulique, son rotor (17) lié mécaniquement à l'extrémité (19) de l'arbre creux qui est entourée par les organes de roulement (20) et l'anneau amortisseur (21). Les flèches (22) et (23) indiquent respectivement le sens et la direction des mouve- ments de rotation et de va et vient de la partie mobile. Sur la figure 2, on distingue un engin (24) équipé de chenilles (25), d'un bras pelleteur (26) destiné à évacuer les produits résultant du nettoyage, d'un bras (27) qui peut tourner autour de son axe suivant la flèche (28), être raccourci ou allongé suivant la flèche (29), être élevé ou abaissé suivant la flèche (30). A l'extrémité de ce bras, se trouve un outil selon l'invention dont l'axe est placé dans un plan per- pendiculaire à l'axe du bras et qui comporte une partie fixe;11) et une partie mobile (1) garnie de pointes. Cet outil travaille le long d'une rigole (31) munie d'un garnissage (32) en tournant autour de son axe de rotation suivant la flèche (22) et se déplaçant suivant un mouvement de va et vient repéré par la flèche (23). La figure 3 représente l'outil avec sa partie mobile (1) et sa partie fixe (11) en position de travail dans une rigole (33) garnie d'un réfrac- taire (34). L'invention peut être illustrée au moyen de l'exemple d'application suivant. Un engin de manutention de marque Poclain équipé d'un bras dont la lon- gueur varie de 3 mètres, qui peut être animé d'un mouvement de rotation autour de son axe et se déplace dans un plan vertical suivant un angle de 45 degrés vers le haut par rapport à l'horizontale et de 30 degrés vers le bas et possédant un circuit hydraulique sous une pression de 350 MPa et un circuit d'air comprimé sous une pression de 0,9 MPa a été muni d'un outil selon l'invention. Cet outil était composé d'un carter ayant pour dimensions hors tout 540 x 430 mm, à lintérieur duquel se trouvait un moteur hydraulique du type 1155 d'encombrement tel qu"il laissait la place pour une réserve d'air de 20 litres. Quant à la partie mobile de l'outil, elle était formée d'une surface laté- rale de révolution en acier ayant la forme d'un ovale de longueur 1100 mm, de diamètre maximum 220 mm, de diamètre minimum au niveau de l'extrémité tronquée 150 mm. Sur cette surface étaient réparties sur la moitié infé- rieure de sa longueur, 75 pointes de fraisage en carbure dont 4 étaient placées sur la surface circulaire. Cette surface latérale était fixée sui- vant son axe sur un arbre creux de 100 mm de diamètre à l'intérieur du- quel étaient logés le générateur pneumatique de vibrations et son système d'alimentation en air comprimé. Animé par un mouvement de rotation de vitesse 300 tours par minute, et par un mouvement de va et vient de fréquence 40 hertz, cet outil a servi à nettoyer une rigole de haut fourneau de longueur 1500 mm et de hauteur 620 mm, garnie d'un dépôt de métaux ferreux et de scories d'une épaisseur moyenne de 60 à 80 mn. Le nettoyage de la rigole sur une longueur de 1500 mm a été effectué en 2 heures alors qu'une telle opération en manuel aurait demandé 5 heures. Un outil d'une telle efficacité trouve son application dans le nettoyage des rigoles ou tout autre récipient garni de réfractaires ayant été en contact avec des produits en fusion et dont les parois doivent être dé- barassées des dépôts dont elles sont recouvertes soit pour leur rendre leurs dimensions initiales, soit pour permettre leur remise en état. REVENDICATIONS 1 / Outil pour le nettoyage des rigoles de coulée ou de tout autre réci- pient muni d'un garnissage réfractaire qui stadapte à l'extrémité du bras télécommandé d'un engin mobile équipé d'au moins un circuit hydrau- lique et d'une source d'air comprimé, caractérisé en ce qu'il comprend suivant sa position de travail: - une partie inférieure (1) mobile formée d'un arbre creux (2) à l'inté- rieur duquel est logé un générateur pneumatique de vibrations (6) et son système d'alimentation en air (7), à l'extérieur duquel est fixée une surface latérale (3) de révolution de forme ovale dont une partie au moins est garnie de pointes de fraisage (5), ladite partie mobile étant libre de tourner autour de son axe et de se déplacer parallèle- ment à cet axe dans un mouvement de va et vient, - une partie supérieure (11) fixe par rapport au bras, formée d'un carter - (12) étanche jouant le rôle de réserve d'air (15) et renfermant le stator (16) et le rotor (17) d'un moteur hydraulique à l'intérieur du- quel vient se fixer l'extrémité (19) de l'arbre creux qui est isolée du carter par un amortisseur de vibrations (21). / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme ovale de la partie mobile est adaptée au profil de la rigole à nettoyer. 3 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pointes ont le même sens et ont leur axe tangent à la surface de la partie mobile et situé dans un plan perpendiculaire à la génératrice au point de contact. 4 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité infé- rieure de la partie mobile est tronquée suivant une surface circulaire (4) garnie de pointes. 5 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de sa partie mobile est comprise entre 50 et 500 tours par minute. 6 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement de va et vient de sa partie mobile a une fréquence comprise entre 5 et 60 hertz. 7 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit d'air destiné à assurer le mouvement de va et vient de sa partie mobile est variable. 8 / Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que son adaptation à l'extrémité du bras se fait de manière que l'axe de révolution de la partie mobile soit placé dans un plan perpendiculaire à l'axe longitu- dinal du bras.