Brevet FR2565860A1 — publié le 19851220

L'invention concerne principalement une vanne coulissante, une bride, un réfractaire et un proce- dé convenant à la commande de la coulée de fluides, et plus particulièrement de métaux tels que de l'acier, comme décrit, par exemple, dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique No 4 063 668. Dans les vannes antérieures du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 311 902, y compris les vannes "Interstop" et "Metacon" actuelles, décrites par exemple, dans le brevet N 4 063 668 précité, les éléments réfractaires fixe et coulissant sont liés par un coulisdans des éléments métalliques. On considère, dans la technologie, que pendant le fonctionnement, les éléments réfractaires sont maintenus en butée les uns contre les autres, ainsi qu'en compression verticale et latérale afin d'empêcher la rupture des plaques réfrac- taires. Si une rupture, même minime, se produit, la com- pression exercée par l'enveloppe métallique est prévue pour empêcher le métal liquide de "s'échapper". Dans les vannes coulissantes antérieures du type décrit dans le brevet N0 4 063 668 précité, des ressorts sont utilisés pour appliquer les forces de butée et de compression verticales. Dans des vannes ainsi con- çues, les plaques réfractaires fixe et coulissante sont liées par un coulis dans des emboutis métalliques légers qui enveloppent le réfractaire sur toutes ses faces, sauf les faces en butée. L'enveloppe métallique aide à répar- tir la pression des ressorts du bas des plaques réfractai- res et à maintenir les plaques latéralement. Dans une variante de ce type de vanne, une plaque en-métal ou en une combinaison d'un métal et d'une fibre réfractaire compressible est utilisée pour répartir la pression des ressorts sur le bas du réfractaire. Une frette tendue et bridée ou une frette soudée, puis rétractée sur la périphérie des plaques, est utilisée pour maintenir et comprimer latéralement le réfractaire. Avec les vannes de l'art antérieur et plus particulièrement avec le réfractaire de l'art anté- rieur, on s'est toujours efforcé d'améliorer la planéité des faces du réfractaire. Ceci implique souvent des opéra- tions coûteuses de faconnage, comprenant le meulage des faces. En outre, avec le réfractaire enveloppé dans un conteneur métallique, quand bien même une planéité par- faite peut être donnée au réfractaire, celle-ci peut être altérée lors de la mise en place du coulis de fixa- tion du réfractaire dans le conteneur métallique. De plus, lorsque les réfractaires sont contenus ou envelop- pés de métal, on utilise souvent de grands éléments ré- fractaites cuits, qui sont beaucoup plus coûteux qu'un réfractaire du type monolithique, pouvant être coulé. Dans l'élaboration de l'acier, le coût de la tonne d'acier est influencé par divers paramètres. Ceux-ci comprennent le coût de la mise en oeuvre des vannes coulissantes. Il devient donc souhaitable de met- tre au point une vanne coulissante permettant d'élever au maximum le nombre de coulées que le réfractaire peut supporter, de minimiser le coût du réfractaire et d'utili- ser celui-ci dans une vanne à un coût d'investissement optimisé. Le temps demandé pour le changement du réfrac- taire de la vanne, le temps de mise en place et le coût propre au réfractaire doivent tous être considérés en plus de la sécurité apportée par la vanne pour abaisser les risques d'échappement du métal liquide. L'invention concerne un ensemble à vanne et réfractaire dans lequel la plaque fixe et l'obturateur coulissant sont en réfractaire non fretté. De façon simi- laire, la buse inférieure et la buse collectrice sont également sans frette, de même que l'embout facultatif du collecteur. Diverses formes de réfractaires sont pré- vues, mais principalement une forme présentant une face conique sur le bord des réfractaires, lesquelles formes sont prises par des brides présentant une face conique complémentaire. Le réfractaire peut également être réali- sé sous une forme unique aussi bien pour la plaque fixe que pour l'obturateur coulissant. Tous les réfractaires sont bridés en position par des éléments de bridages à faces coniques qui s'appliquent contre les faces ou les bords coniques du réfractaire. Les buses sont prises de façon similaire, mais par un support et une bride les entourant. L'invention a donc pour objet une vanne comportant un ensemble de bridage qui peut s'appliquer contre un réfractaire non fretté de façon à le comprimer et le bloquer. L'invention a également pour objet d'of- frir une plaque fixe et une plaque d'obturation coulis- sante qui sont identiques, ce qui atténue les problèmes d'inventaire et réalise des économies de fabrication. L'invention a également pour objet un réfractaire non fretté qui peut facultativement être réalisé par coulée monolithique avec des insertions résis- tant à l'érosion, placées dans la partie présentant un orifice. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un récipient de coulée et de la vanne selon l'invention, suivant la ligne 1-1 de la figure 2; - la figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue à échelle agran- die d'une partie de la coupe de la figure 1, indiquée en F3 sur la figure 1; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3, au même emplacement, mais d'une variante dans laquelle la plaque est fixée de façon non souple au support; - la figure 5 est une vue d'une variante de la figure 3, mais montrant la vis de la bride perpendi- culaire au support; - la figure 6 est une vue d'une autre variante dans laquelle la face du réfractaire n'est pas conique; - la figure 7 est une vue d'une variante d'un obturateur coulissant de construction asymétrique - la figure 8 est une vue d'une variante d'un obturateur coulissant et d'une plaque fixe, la pla- que et les brides étant de forme oblongue - la figure 9 représente une autre varian- te comportant une plaque rectangulaire qui présente deux orifices; - la figure 10 représente une autre va- riante de plaque destinée à être utilisée avec une vanne rotative;' - la figure 11 est une coupe partielle à échelle agrandie montrant la liaison entre la buse inférieure et la plaque fixe, cette vue montrant notam- ment d'autres moyens de liaison entre la buse et la pla- que; et - la figure 12 est une coupe partielle à échelle agrandie de la buse collectrice et de la plaque coulissante, montrant la variante représentée sur la figure 11. En référence à présent à la figure 1, on voit que la poche ou le récipient 1 de coulée comporte une carcasse métallique 2 munie d'un garnissage réfractai- re 3. Un orifice 4 de coulée est prévu dans le centre du garnissage réfractaire 3 et protège la carcasse média- ne 2 de la matière fondue en cours de coulée. La partie inférieure de l'orifice de la poche est formée d'une buse inférieure remplaçable 5 de poche fixée dans une plaque 6 de montage d'une vanne au moyen d'une bride 23. La plaque 6 de montage est elle-même normalement boulonnée sur la carcasse métallique 2 de la poche. Des blocs 7 de soutien des brides de la plaque fixe, en métal, sont fixés à la plaque 6 de montage de la vanne et soutiennent les brides 8 de la plaque fixe qui retiennent et brident la plaque réfractai- re fixe 9 et servent également à empêcher l'extrémité de la plaque réfractaire mobile 10 de se déplacer vers le haut lorsqu'elle est avancée au-delà des limites de la plaque réfractaire fixe 9. Un bâti 12 de vanne est suspendu au- dessous de la plaque 6 de montage de la vanne au moyen d'une suspension 11. Le bâti 12, lui-même, renferme.et porte le support 13 de la plaque réfractaire mobile. Le support 13 est actionné par un mécanisme moteur 14 représenté ici sous la forme d'une commande hydraulique. Il convient également de noter la présence d'un écran 15 de protection contre la chaleur et les projections. L'écran 15 est suspendu au-dessous de la plaque réfractai- re mobile 10, de même que la buse collectrice réfractaire 16 qui est supportée et retenue par une bride 17 vissée dans le support 13 de la plaque réfractaire mobile. Un embout 18 de collecteur réfractaire est disposé facultativement au-dessous de la buse 16. L'embout est supporté et retenu par une bride 19 qui est vissée sur la bride 17 de la buse collectrice. La figure 3 représente la bride 8 de la plaque réfractaire et sa vis 20, utilisée pour brider la plaque réfractaire amovible 10 sur le support 13 du type à diaphragme souple. Elle maintient également et en même temps la plaque réfractaire amovible afin d'en empêcher la dilatation thermique et de maintenir constam- ment la matière de cette plaque réfractaire amovible sous compression. La figure 4 est analogue à la figure 3 en ce qui concerne la zone de la plaque représentée, mais elle montre la bride 8 de la plaque réfractaire appliquant une pression à la plaque réfractaire portée par un support amovible 21 du type non souple. La figure 5 est une vue analogue d'une autre variante de la bride 22 de la plaque, qui se dépla- ce dans une direction perpendiculaire à la surface de la plaque. Cette bride peut appliquer à la fois une force de bridage et une force de maintien latéral à la plaque réfractaire. Son inconvénient est qu'elle doit être tota- lement retirée lors du remplacement de la plaque, tandis que la bride 8 montrée sur la figure 3, qui se déplace obliquement par rapport à la surface de la plaque, peut être reculée suffisamment pour permettre le remplacement de la plaque sans démontage complet. La bride de plaque du type représenté en 22 est cependant plus efficace lorsqu'elle est appliquée sur le bord arrondi d'une pla- que ou d'une buse, comme représenté par la hrideinférieure 23 de la buse de la poche de la figure 1 et par les bri- des de plaque incurvées 22 des figures 8 et 10. La bride perpendiculaire 22 est utilisée pour la configuration incurvée car, si l'on utilise une bride oblique, elle doit avoir une flexibilité suffisante pour permettre un changement de rayon lors du serrage du boulon 20. La figure 6 représente une autre variante comportant une bride 24 à face droite et déplacement oblique, qui retient une plaque réfractaire 25 à bord non conique, mais perpendiculaire, et un support mobile 21 du type non souple. Une telle bride peut donc exercer une force latérale convenable de retenue, mais peut appli- quer une très faible force de bridage vertical. Elle O10 convient donc mieux au support du type non souple. L'utilisation de plaques fixes 9 et d'ob- turateurs coulissants 10 identiques résulte d'une concep- tion selon laquelle ils portent respectivement contre leurs réfractaires amont et aval d'une manière identique. Par exemple, comme montré sur la figure 1, un bossage de liaison est prévu à la face arrière de chacune des plaques, la poche de liaison de la buse inférieure 5 étant enclenchée avec la plaque fixe à laquelle elle est liée par coulis. De façon similaire, la poche de liaison 32 de la buse collectrice 16 est enclenchée avec le bossage 30 de liaison de la plaque coulissante 10. Comme décrit précédemment, l'ensemble à vanne représenté est du type souple. Dans le cas montré sur la figure 1, un diaphragme 35 est prévu de façon à recouvrir l'ensemble de la zone située au-dessous de la plaque réfractaire coulissante 10, le diaphragme s'é- tendant au-dessus d'une chambre 36 activée et maintenue en prise souple constante par un conduit 38 de gaz sous pression et une source extérieure de gaz. , L'écran 35 de protection contre les pro- jections porte un dos protecteur 40 en métal, un réfrac- taire 41 de protection, de préférence coulé d'un seul bloc dans le dos 40, et il est fixé au moyen d'éléments 42 de montage au support 13. Dans les cas o l'on souhaite meuler les deux faces de la plaque, qu'il s'agisse de la plaque fixe 9 ou de la plaque coulissante 10, on peut voir, comme montré sur les figures 11 et 12, qu'en ce qui con- cerne la plaque fixe 9', qui est enclenchée avec la buse inférieure 5', un assemblage 30' à tenon et mortaise est prévu. De façon similaire, comme montré sur la figure 12, la buse collectrice 16' est enclenchée avec la partie inférieure de la plaque coulissante 10' au moyen d'un as- semblage 30' à tenon et mortaise de proportions similai- res. En ce qui concerne la plaque fixe 9, la plaque coulissante 10 d'obturation et la buse collec- trice 16 et son embout 18, on utilise des angles de va- leur optimale. La conicité, mesurée le long des bords, est essentiellement comprise entre 50 et 200. Un angle inférieur à 5 fait apparaître un effort de bridage nota- blement réduit ainsi qu'un effort central de compression. Lorsquae l'angle dépasse 45 , l!effort se traduit presque à 100% par un bridage, à l'exclusion d'une compression. Dans le cas o la bride 17 est enclenchée sur la buse collectrice 16, l'angle peut être compris, à l'extrémité inférieure, dans la plage de 5 à 20 . Par ailleurs, avec la plaque 19 et la plaque coulissante 10 d'obtura- tion, cette configuration présente un angle moyen pouvant être compris entre 7 et 15 ,mais intérieur à la plage de à 20 afin d'optimiser la force centrale de compres- sion avec l'effort de bridage orienté vers le bas. De plus, étant donné que la plaque 9 est fixe, l'effort de bridage demandé est quelque peu plus faible. Par ail- leurs, les forces de frottement tendant à dégager la plaque fixe 10 sont telles qu'il faut un plus grand effort de bridage. Conformément au procédé de l'invention, les plaques réfractaires, fixe 9 et coulissante 10, sont bridées sur leurs éléments respectifs de support par l'application d'une force de compression qui, à la fois, les fixe en position et exercent une composante de force dirigée centralement pour comprimer le réfractaire. Les réfractaires sont avantageusement identiques, aussi bien pour la plaque fixe 9 que pour la plaque coulissante d'obturation. En fournissant à l'utilisateur des pla- ques identiques, il est possible de réduire l'inventaire et de prévoir plus aisément l'appariement des deux pla- ques. Il va de soi que de nombreuses modifica- tions peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Plaque réfractaire utilisée avec une vanne coulissante, caractérisée en ce qu'elle comporte une dalle réfractaire (9, 10) présentant des faces oppo- sées et des bords situés entre les faces opposées, au moins deux bords opposés étant coniques et la conicité permettant l'application de forces centrales et de com- pression de montage sur les bords lorsqu'ils sont pris par une bride 8 présentant une face conique complémentai- re. 2. Plaque réfractaire selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la conicité des bords forme un angle de 5 à 20 avec un axe perpendiculaire aux deux faces de la dalle. 3. Plaque réfractaire à utiliser dans une vanne coulissante, caractérisée en ce qu'elle compor- te une dalle réfractaire (9, 10) présentant des bords extrêmes opposés et des bords latéraux, un bord latéral présentant une face inclinée, un bord extrême présentant également une face inclinée, chaque face étant inclinée vers l'extérieur et vers le bas en direction d'une plaque (6) de montage, l'angle d'inclinaison de chaque face permettant à un élément de bridage opposé (8) d'exercer à la fois les composants de force centrale et de pression vers le bas, la composante orientée vers le bas étant dirigée contre un support -pour le réfractaire. 4. Plaque réfractaire selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que les faces inclinées for- ment un angle de 5 à 20 avec un axe perpendiculaire aux deux faces de la dalle. 5. Plaque réfractaire selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que la face de la dalle opposée à la face en contact avec une dalle analogue présente un évidement circulaire central qui est dimensionné de façon à recevoir une bague (30') fai- sant saillie vers le haut sur une buse collectrice (16'). 6. Plaque réfractaire selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que la plaque (28) est de forme sensiblement rectangulaire. 7. Plaque réfractaire selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que la plaque rectangulaire présente des angles arrondis. 8. Plaque réfractaire selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisée en ce que la plaque (26) présente une configuration en trapèzes isocèles symétriques définissant deux bords extrêmes, quatre bords latéraux et deux bords latéraux supplémentaires en orien- tation rectangulaire par rapport aux parois extrêmes. 9. Buse de creuset à utiliser avec la plaque réfractaire de l'une des revendications 1 et 5, caractérisée en ce qu'une bague inférieure (17) présente une conicité de 5 à 20 et en ce que la partie supérieu- re de la buse comporte une partie annulaire d'un diamètre inférieur à celui de la partie inférieure conique. 10. Buse de creuset selon la revendica- tion 9, caractérisée en ce que la partie inférieure com- porte un anneau en retrait. 11. Buse de creuset selon la revendica- tion 10, caractérisée en ce que l'anneau en retrait est formé de façon à être opposé à un anneau en retrait compa- rable situé dans la plaque coulissante qui bute contre la buse de creuset ou contre une buse collectrice. 12. Procédé de montage de plaques réfrac- taires dans une vanne coulissante, caractérisé en ce qu'il consiste à incliner des bords opposés des plaques réfractaires, à brider les bords inclinés des plaques réfractaires à l'aide d'une composante de pression cen- trale et de montage, et à positionner les plaques en prise périphérique de bridage. 13. Procédé de montage de plaques réfrac- taires dans une vanne coulissante, caractérisé en ce qu'une force de compression est appliquée sur le bord des plaques réfractaires après leur montage afin d'en limiter le mouvement ou le mouvement de l'une quelconque des parties de ces plaques à la suite d'un bris en cours de service. 14. Procédé de montage de plaques réfrac- taires dans une vanne coulissante afin d'établir un con- tact, sous compression, entre des faces opposées coulis- sant l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une force de cacpression aux bords des plaques réfractaires une fois posées dans la vanne, et à maintenir la force de compression sur les plaques réfractaires pendant l'utilisation de la vanne.