Brevet FR2565859A1 — publié le 19851220

L'invention concerne une vanne coulissante, et plus particulièrement un système réfractaire du type non fretté et des moyens de bridage destinés à fixer ce système sur la vanne. Un exemple de réalisation de l'art antérieur ayant trait à cette technique est donné par le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 063 668 qui décrit le milieu global d'utilisation d'une vanne coulissante comportant un support, une plaque fixe, une plaque cou- lissante et une buse collectrice descendant de la plaque coulissante. L'ensemble est conçu de façon que plusieurs patins de pression portent contre la partie inférieure de la plaque coulissante et fixe cette dernière face à face, sous pression, à la plaque fixe. Avec le réfrac- taire décrit dans le brevet précité, il faut que les éléments réfractaires, en particulier l'obturateur cou- lissant et la plaque supérieure, soient presque totale- ment enveloppés de métal. Le but de l'enveloppe de métal est de protéger ces éléments contre la fissuration et l'effrittement sous l'effet du choc thermique rencontré pendant la coulée de l'acier fondu. De plus, la buse collectrice comporte un corps métallique d'une seule pièce avec le corps métallique de la plaque coulissante d'obturation. A présent que les vannes coulissantes sont devenues courantes dans diverses aciéries, on s'est efforcé de réduire le coût à la tonne d'entretien de la vanne coulissante. Des efforts continuels sont égale- ment en cours pour augmenter le nombre de coulées pou- vant être réalisées sans changement du réfractaire et pour améliorer la qualité des réfractaires. A cet égard, il est important d'obtenir la planéité entre les deux faces du réfractaire. Avec la mise au point des plaques à pression à ressort et du mécanisme associé pour fixer les collecteurs à l'obturateur coulissant, il est possi- ble d'appliquer la pression des ressorts directement à la plaque de pression, puis d'éliminer la partie-métal- lique inférieure de la plaque coulissante d'obturation. Il est donc devenu très souhaitable de développer une structure de plaque coulissante d'obturation sous la forme d'un réfractaire ne comportant aucune frette, aussi bien pour la plaque supérieure que pour l'obtura- teur coulissant, ce qui permet de meuler les faces des deux éléments afin qu'elles soient coplanaires et de réduire le coût de l'obturateur coulissant et de la plaque fixe en éliminant l'enveloppe métallique. L'invention concerne une vanne coulissante et un mécanisme de bridage qui permet d'utiliser un réfractaire sans frette pour la plaque supérieure, pour l'obturateur coulissant et pour la fixation d'un collec- teur remplaçable à l'obturateur coulissant. Le réfractai- re est formé de façon à présenter des bords latéraux curvilignes, inclinés centralement vers la partie d'in- terface entre la plaque supérieure et la plaque coulis- sante d'obturation. Des bords curvilignes sont utilisés à la fois sur la plaque fixe et sur l'obturateur coulis- sant et ces deux éléments présentent avantageusement une configuration extérieure identique, mais peuvent différer, le cas échéant, dans leur partie centrale o la buse de creuset est enclenchée avec la plaque fixe et o le collecteur est enclenché avec la plaque 2565 859 d'obturation coulissante. Une bague d'étanchéité secon- daire peut être utilisée facultativement pour assurer l'étanchéité entre la buse inférieure du creuset et la plaque supérieure, avec un jeu nul. Il est également souhaitable que la plaque supérieure et la plaque coulissante d'obturation puissent être meulées sur leurs deux faces pour établir le parallélisme et la planéité des faces réfractaires. Dans certaines formes de réalisation, la plaque fixe et l'obturateur coulissant sont identi- ques. L'invention a pour objet principal un ensem- ble à vanne coulissante qui permet la mise en place d'un réfractaire sans frette, ainsi qu'un réfractaire qui peut être façonné de façon à présenter planéité et parallélisme entre ses faces opposées. L'invention a également pour objet un réfrac- taire à utiliser dans un système sans frette dans lequel la plaque coulissante d'obturation et la plaque fixe sont essentiellement de même configuration. Un autre avantage de la présente invention réside dans un réfractaire sans frette dans lequel un joint secondaire d'étanchéité à jeu nul peut être établi entre la plaque fixe et la bague d'étanchéité de la plaque de montage associée. L'invention a également pour objet une buse collectrice pouvant être utilisée de façon remplaçable avec une plaque coulissante d'obturation sans frette. Un autre objet de l'invention est d'accroî- tre la longévité d'utilisation du réfractaire. , L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale d'un récipient typique de coulée, équipé pour utiliser une vanne coulissante comportant un réfractaire sans frette; - la figure 2 est une coupe horizontale de l'ensemble de la figure 1, suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et à la même échelle que sur la figure 1; - la figure 3 est une vue de la zone indi- quée en F3 sur la figure 2, illustrant, en coupe trans- versale, le dispositif de bridage associé à la plaque coulissante d'obturation; - la figure 4 est une coupe de la zone entou- rée du cercle F4 sur la figure 1, mais à échelle agran- die, montrant la bride de la plaque supérieure; - la figure 4a est une coupe analogue à celle de la figure 4, mais montrant l'ensemble de brida- ge de la plaque supérieure avec un anneau de soutien; - la figure 4b est une vue d'une autre forme de réalisation de la figure 4, la bride de la plaque supérieure présentant une double conicité; - la figure 5 est une vue de la zone indi- quée en F5 sur la figure 1, illustrant, à échelle agran- die, l'étanchéité à jeu nul de la plaque fixe avec la plaque de montage et la bague d'étanchéité associée; - la figure 5a montre le même avantage que celui de la figure 5, mais illustrant la buse de creuset équipée d'un joint d'étanchéité secondaire et affleurant la face supérieure de la plaque fixe; - la figure 6 est une vue en plan montrant la forme du réfractaire, approximativement en ellipse, aussi bien pour la plaque fixe que pour l'obturateur coulissant; - la figure 7 est une coupe partielle à échelle agrandie montrant le mécanisme pour l'utilisa- tion d'un embout remplaçable sur le collecteur; et - la figure 8 est une coupe schématique partielle montrant l'adaptation du système à obturateur coulissant à réfractaire sans frette à une application du type à réfractaire à trois plaques. L'environnement dans lequel est utilisé la bride pour vanne réfractaire sans frette et le procé- dé selon l'invention comprend un récipient 1 de coulée, tel qu'illustré sur la figure 1, comportant un garnissa- ge réfractaire 2 et entouré d'une carcasse 3. Une buse supérieure 4 de creuset et une buse inférieure 5 de creuset communiquent avec le métal fondu se trouvant à l'intérieur du récipient 1. Une plaque 6 de montage est fixée à la partie inférieure de la carcasse 3 afin de permettre la fixation en position de la vanne coulis- sante. Un bloc d'éjection situé sur la partie supérieure 7 porte contre la bride annulaire 8 du réfractaire qui, elle-même, est en butée avec la plaque fixe 9 présentant l'évidement de buse. La plaque fixe 9 comporte des bords coniques ou inclinés, comme décrit en détail ci-après. Une insertion réfractaire 9a pour service spécial est encastrée dans un bloc monolithique 9b placé dans la plaque fixe. La plaque coulissante 10 d'obturation est positionnée contre la plaque fixe 9 et comporte une insertion réfractaire 10a pour service spécial encastrée dans un bloc monolithique coulé 10b et, dans la forme de réalisation représentée, sa partie inférieure compor- te un bossage 10c qui est enclenché avec la buse collec- trice remplaçable 11. La buse 11 est enveloppée d'un corps métallique qui, avec la buse, présente une coni- cité orientée vers l'extrémité inférieure de la buse collectrice remplaçable 11. Les réfractaires remplaçables sans frette peuvent prendre diverses formes. Plus particulièrement, en ce qui concerne la plaque fixe 9, la configuration extérieure peut être en cercle, en ellipse exacte, en plusieurs tronçons d'ellipse formant approximativement une ellipse, et en plusieurs tronçons d'ellipse formant approximativement un profil ovoIde. En ce qui concerne Z565859 la plaque coulissante 10 d'obturation, sa forme peut être en cercle, en ellipse exacte, en tronçons à plu- sieurs rayons formant approximativement une ellipse et en tronçons à plusieurs rayons formant approximative- ment un profil ovoïde. Il est normalement prévu que la forme de la plaque fixe 9 et celle de la plaque cou- lissante 10 d'obturation soient essentiellement les mêmes et complémentaires. Il est évidemment prévu une forme de réalisation dans laquelle les plaques sont identiques et réalisées de la même manière, et o il est prévu des moyens de montage conçus à cet effet. En ce qui concerne la collectrice 11, la forme peut être celle d'un cylindre, d'un tronc de cône, ou une forme paramétrique tronquée comportant au moins trois faces équilatérales. Une plaque 12 de pression de ressorts est prévue au-dessous de la plaque d'obturation coulissante 10. La plaque 12 comporte un porte-buse 13 descendant de son orifice central. Comme représenté, le porte- buse 13 est visse sur un porte-buse supérieur qui, lui- même, est fixé à la plaque 12 de laquelle il descend. Un bâti 14 de vanne coulissante est fixé à la plaque 6 de montage. Un organe 15 de transmission est enclenché avec un support 16 de la vanne coulissante. Le support 16 comporte un fond 17 qui glisse sur un rail inférieur 18 du bâti. Un écran mobile 19 de protec- tion contre la chaleur est prévu de façon à pouvoir se déplacer avec la buse collectrice 11. Un écran fixe de protection contre la chaleur est relié au bâti 14 de la vanne et présente une zone centrale ouverte permettant la translation de la vanne coulissante 10 et de sa buse collectrice remplaçable 11. Des ensembles à ressorts 21 sont fixés à l'intérieur du support 16 et portent élastiquement con- tre la partie inférieure de la plaque 12 de pression. Un bloc 22 d'éjection est prévu sur le côté opposé du bloc 7 d'éjection et porte de façon similaire contre la bride annulaire 8 du réfractaire pour bloquer la plaque fixe 9 contre la plaque 10 de montage. Il est prévu une plaque 23 de nivellement qui réalise une interface entre la plaque 6 de montage et le récipient 1, intérieurement à la carcasse 3 du récipient. La plaque de nivellement 23 est soudée à la carcasse 3. En référence à présent à la figure 4, on voit que la plaque fixe 9 est fixée par la bande 8 qui est serrée contre un bloc 24 de bridage. Ceci soumet l'anneau 8 à une précontrainte centrée autour de la plaque fixe 9 et entourant cette dernière afin d'empê- cher des ruptures sous l'effet de chocs thermiques tels que ceux pouvant se produire pendant la coulée, par suite d'un déversement et d'une intrusion de la matière fondue dans les ruptures. Conformément à un aspect correspondant de l'invention, comme indiqué sur la figure 5, une bague d'étanchéité secondaire 25 est fixée sur la plaque 6 de montage autour de la buse inférieure 5 du creuset. La partie inférieure de la bague d'étanchéité secondaire est usinée ou rectifiée de façon à affleurer la face inférieure de la plaque 6 de montage et à former ainsi un joint d'étanchéité à jeu nul positif entre la partie supérieure de la plaque fixe 9 et la bague d'étanchéité secondaire durcie 25. Ceci évite en outre l'apparition de zones de contact métal sur métal o, si un écoulement doit se produire, cet écoulement risque de s'amplifier à la jonction de deux métaux. Lorsque le joint est à contact métal-réfractaire, ou réfractaire-réfractaire, et qu'aucun jeu n'existe entre les éléments, l'écoule- ment est notablement réduit ou empêché. La bague d'étan- chéité secondaire 25 est réalisée avantageusement en une matière assez dure pour résister aux détériorations physiques, et ayant un point de fusion supérieur à la température à laquelle la matière est coulée. Des exem- ples -de telles matières comprennent un métal ferreux, durci de façon à résister aux détériorations physiques; l'un quelconque des métaux réfractaires, tels que le molybdène, le tantale, le titane, le tungstène, le vana- dium et le zirconium; ou un réfractaire à haute résis- tance tel que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de chrome- aluminium, le carbure de silicium. On peut voir à présent, sur la figure 7, qu'un ensemble intermédiaire 26 de support est enclenché avec le porte-embout 27 situé au-dessous de cet ensemble et qui, lui-même, porte un embout remplaçable 28 appli- qué contre la partie inférieure de la buse collectrice il. Sur la figure 5a, une autre forme de joint d'étanchéité est prévue, dans laquelle la plaque supé- rieure fixe 29 présente une face supérieure plane et n'est pas évidée pour recevoir la partie inférieure de la buse inférieure 5 du creuset. Néanmoins, le joint d'étanchéité à jeu nul est encore assuré par la bague d'étanchéité secondaire 25. Par contre, le joint d'étan- chéité secondaire tel que montré sur la figure 5 est obtenu au moyen d'un évidement d'étanchéité primaire ménagé dans la partie supérieure de la plaque fixe 9. La partie extérieure de la buse inférieure 5, comme montré sur la figure 5, est emboîtée en position à l'ai- de d'un couli o elle est séparée de la face chanfreinée de la partie monobloc de la plaque fixe 9. Dans une autre forme de réalisation de la structure de la bride annulaire 8 de réfractaire montrée sur la figure 4a, l'anneau 31 de soutien s'étend le long de la plaque fixe 9 qu'il entoure totalement, de même que la bride annulaire 8 du réfractaire. Dans une autre forme de réalisation, o un double chanfrein est prévu sur la plaque supérieure, comme montré sur la figure 4b, deux brides annulaires 32 de réfractaire, symétriques entre elles, sont fixées de façon amovible en compression l'une vers l'autre, ce qui, par suite, place le réfractaire de la plaque supérieure 9 sous compression. La figure 8 représente une autre forme de réalisation de la présente invention dans un système de réfractaire à trois plaques. On voit qu'une bride annulaire 32 de réfractaire est disposée de façon à s'appliquer contre la périphérie de la plaque coulissan- te centrale. La périphérie de cette plaque coulissante centrale présente deux chanfreins qui permettent le bridage et la retenue, en position centrée ou sous com- pression, du réfractaire de la plaque coulissante cen- trale 33. Un anneau 8 est en contact avec un bord péri- phérique conique de la plaque fixe inférieure 34 de la vanne, et la plaque à ressorts ou plaque 12 de pres- sion est fixée au-dessous du réfractaire de la plaque fixe 34 et maintient la buse collectrice 11 en position. L'angle à l'interface réfractaire-bride 8, 10 (figure 3), 8-9 (figure 4), 8-9 (figure 4a), 32- 9 (figure 4b), 32-33 (figure 8) doit être supérieur à la conicité de blocage des deux matières à l'interface. Cet angle est d'environ 7 pour l'interface. L'angle doit être inférieur à une valeur qui aurait pour résul- tat l'apparition d'une force parallèle, perpendiculaire à la face de la plaque, plus grande qu'une force exercée vers l'intérieur, parallèlement à la face de la plaque. Cet angle est de 45 . Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la vanne décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Vanne coulissante destinée à un récipient (1) de coulée comportant des moyens destinés au montage de cette vanne sur le récipient de coulée, en communica- tion avec une buse (4, 5) de creuset située à la partie extérieure du récipient, la vanne, qui comprend une plaque fixe (9), un obturateur coulissant (10), des moyens destinés à déplacer l'obturateur coulissant, ce dernier et la plaque fixe présentant une ouverture O10 de coulée en leur milieu, étant caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque (6) destinée à son montage, une buse (5) de creuset qui présente un épaulement déca- lé, s'étendant vers l'extérieur, espacé de son extrémité inférieure, cette dernière étant dimensionnée pour s'en- clencher avec la plaque fixe, une bague d'étanchéité secondaire (25) comportant un épaulement destiné à s'en- clencher avec l'épaulement décalé de la buse de creuset, des moyens destinés à fixer la bague d'étanchéité dans la plaque de montage, la base de la bague d'étanchéité et la base de la plaque de montage étant coplanaires et affleurant la face supérieure de la plaque fixe. 2. Vanne selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la bague d'étanchéité est réalisée en une matière choisie parmi un métal ferreux durci, un métal réfractaire, un oxyde métallique, un carbure métal- lique et un nitrure métallique. 3. Plaque coulissante d'obturation utilisée dans une vanne coulissante comportant une plaque (12) de pression de ressorts, caractérisée en ce qu'elle comporte des bords curvilignes qui présentent des par- ties inclinées formées de façon qu'une bague (8) puisse s'appliquer contre elles. - 4. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle présente une forme choisie entre un cercle, une ellipse vraie, plusieurs rayons approchant la forme d'une ellipse et plusieurs rayons approchant un profil ovoïde. 5. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une insertion (10Oa) pour service spécial est encastrée dans une matiè- re monobloc (lOb). 6. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'insertion est plus épaisse que la matière monobloc. 7. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'insertion est plus mince que la matière monobloc. 8. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'inclinaison des parois latérales de cette plaque forme un angle entre 7 et 45 avec la face inférieure de ladite plaque, 9. Plaque coulissante d'obturation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens destinés à s'enclencher avec une buse collec- trice (11). 10. Buse collectrice à utiliser avec une vanne coulissante comportant des plaques réfractaires non frettées (9, 10), et une plaque (12) de pression de ressorts de laquelle descendent des moyens destinés à s'enclencher avec la buse collectrice remplaçable (11) et permettant de démonter et de remplacer cette buse, cette dernière étant caractérisée en ce qu'elle comporte des parois latérales et des parties extrêmes, les parties latérales étant entourées d'un anneau métal- lique, et un anneau de montage étant fixé autour de la partie inférieure de la buse collectrice et étant dimensionné pour se loger dans un portebuse (13) placé dans une position descendant d'une plaque (12) de pres- sion de ressorts (21). 11. Buse collectrice selon la revendication ,caractérisée en ce qu'elle comporte des parois latéra- les dont la forme est choisie parmi celles d'un cylindre, d'un tronc de cône ou d'une pyramide tronquée présentant au moins trois faces équilatérales. 12. Buse collectrice selon la revendication , caractérisée en ce que les parties extrêmes sont choisies parmi une ou plusieurs des formes comprenant une forme plane, une forme tronconique, une forme el- liptique et une forme hémisphérique. 13. Plaque fixe utilisée dans une vanne coulissante comportant une plaque coulissante (10) d'obturation en contact face à face, sous pression, avec la plaque fixe (9), et comportant en outre une buse (4, 5) de creuset en communication avec la plaque fixe, cette dernière étant caractérisée en ce qu'elle comporte des bords curvilignes qui présententdes. parties inclinées formées de façon qu'une bague (8) de bridage puisse être appliquée contre elles. 14. Plaque fixe selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle présente une forme choisie entre celle d'un cercle, d'une ellipse vraie, d'une forme elliptique à plusieurs rayons approchant celle d'une ellipse, etd'une forme elliptique àplusieurs rayons approchant un profil ovoide. 15. Plaque fixe selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'inclinaison des parois latéra- les forme un angle entre 7 et 45 . 16. Plaque fixe selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte un réfractaire (9a) pour service spécial, encastré centralement dans une matière monobloc (9b). 17. Plaque fixe selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte un réfractaire (9a) pour service spécial encastré centralement dans une 256-5859 matière monobloc (9b) et ayant, dans la direction de la course de la plaque coulissante, une dimension supé- rieure au diamètre d'une buse (5) de creuset. 18. Plaque fixe selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'une insertion réfractaire disposée centralement est plus mince que la matière monobloc l'entourant, sa surface en contact avec la plaque coulis- sante affleurant la matière monobloc et un évidement étant prévu dans la surface opposée à l'interface coulis- sante, afin de recevoir une buse (5). 19. Plaque fixe selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'insertion réfractaire disposée centralement est plus épaisse que la matière monobloc l'entourant. 20. Plaque fixe selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'insertion réfractaire disposée centralement est plus épaisse que la matière monobloc l'entourant, sa surface en contact avec la plaque coulissante affleurant la matière monobloc, et une saillie étant prévue sur la surface, opposée à l'interface coulissante, de façon à s'enclencher avec une buse (5).