Brevet FR2594728A1 — publié le 19870828

L'invention est relative à un insert destiné à être implanté dans les plaques fixe et mobile des distributeurs à tiroir ou rotatifs d'une installation de coulée continue dans le domaine de la sidérurgie ainsi qu'un dispositif d'usinage d'alésage tronconique notamment dans lesdites plaques de distributeurs. Elle trouvera tout particulièrement son application pour la réfection des distributeurs dans les aciéries. On connait les installations de coulée continue d'acier, composées notamment d'une poche de fusion, munie dans sa partie inférieure d'un dispositif d'évacuation du métal fondu. Ce dispositif comprend notamment une busette débouchant dans un répartiteur de coulée, dont le rôle est de diriger l'acier en fusion issu de la poche dans différentes lingotières. Cependant, pour contrôler l'évacuation du métal en fusion de la poche, il est nécessaire de mettre en place un distributeur qui joue le rôle d'une vanne d'arrêt durant l'élaboration de l'acier et qui est ensuite ouverte pour permettre l'écoulement de l'acier fondu dans la busette. Deux types de distributeurs sont principalement utilisés, il s'agit des distributeurs à tiroir ou rotatifs. Les distributeurs sont composés d'une plaque fixe et d'une plaque mobile. Chacune d'entre elles est munie d'un orifice d'écoulement de l'acier. Lorsque le positionnement des plaques fixe et mobile respectivement appelées stator et rotor est tel que les orifices colncident, il est créé un couloir de dégagement de l'acier en fusion et la vanne se trouve ainsi en position ouverte. Par contre, lorsque le positionnement du stator et du rotor est tel que les orifices de chacun d'eux ne coïncident pas, il y a obturation du canal d'écoulement de l'acier et la vanne est en position obturée. Les plaques fixe et mobile sont réalisées dans des matériaux réfractaires, cependant on enregistre très rapidement une usure des orifices de coulée qui provoquent une dégradation des plaques. Etant donné que le calibre de l'orifice de coulée permet de déterminer les caractéristiques d'écoulement de l'acier en fusion, toute usure des plaques est préjudiciable au bon fonctionnement de l'installation de coulée continue. Aussi est-il nécessaire de procéder à une réfection des plaques. Le procédé de réparation actuellement utilisé consiste à agrandir dans le stator et le rotor, le ou les orifices de passage de l'acier pour éliminer toute la surface dégradée. Cette opération est réalisée à l'aide d'un outillage diamanté en forme de cloche qui permet de réaliser une découpe circulaire dans les plaques. Dans l'alésage ainsi usiné, on vient sceller des bouchons troués en matière réfractaire appelés "insert" qui permettent de recalibrer l'orifice d'écoulement de l'acier en fusion. Les inserts sont rectifiés sur chacune des faces du rotor et du stator de façon à obtenir une parfaite planéité de la surface de contact des deux pièces adjacentes dans le distributeur. Les deux types d'inserts utilisés actuellement sont du type couronne circulaire ou couronne circulaire avec épaulement. Différents inconvénients sont liés avec chacun des types d'inserts précédemment cités. En particulier, pour la mise en place du joint de scellement de l'insert, il est nécessaire de laisser un jeu entre l'insert et la plaque. Or, en raison de ce jeu de dimension importante, il devient très délicat par la suite de réaliser un centrage parfait de l'insert dans l'alésage pratiqué dans la plaque. Ce décentrage favorise la destruction du joint par l'acier en fusion, ce qui raccourcit singulièrement la durée de vie du distributeur. Les inserts avec épaulement nécessitent un double usinage pour l'encastrement de l'épaulement dans la plaque et n'offrent pas de plus grandes facilités pour le centrage, si ce n'est qu'ils bénéficient d'une butée axiale. En conclusion, la réparation des distributeurs, qui est une opération longue et délicate sur le plan de l'usinage, n'est que peu satisfaisante en raison de la durée de vie relativement limitée du distributeur réparé. Le but principal de la présente invention est de présenter un insert destiné à être implanté dans les plaques fixe et mobile des distributeurs quel qu'en soit le type, en vue d'assurer sa réfection par recalibrage des orifices de coulée. Le nouveau modèle d'insert proposé offre l'avantage d'un autocentrage dans la plaque et donc, les défauts de variation d'épaisseur du joint de scellement sont éliminés. La durée de vie des plaques réparées s'en trouve par conséquent nettement améliorée vis-à-vis de l'état actuel de la technique. Un autre but de la présente invention est de présenter un dispositif d'usinage d'alésage tronconique, notamment dans les plaques de distributeurs pour la mise en place d'inserts selon l'invention. Il s'agit d'un outillage qui offre l'avantage, selon un mode préférentiel de réalisation de celui-ci, de réaliser l'usinage en une seule opération. Par conséquent, sur le plan économique, sa mise en oeuvre est extrêmement rapide. Par ailleurs, l'outillage peut être mis en place dans une simple perceuse et ne nécessite aucune machine outil spécialisée. Le dispositif d'usinage de la présente invention pourra par conséquent être utilisé dans différents ateliers, sans aucune difficulté. D'autres buts de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif. L'insert destiné à être implanté dans les plaques fixe et mobile des distributeurs à tiroir ou rotatifs d'une installation de coulée continue dans le domaine de la sidérurgie, ledit insert comprenant un orifice central de passage du métal en fusion est scellé dans des alésages pratiqués dans la plaque fixe appelée stator et la plaque mobile appelée rotor, à l'aide d'un adhésif réfractaire et est caractérisé par le fait qu'il présente un profil qui lui assure un centrage radial dans l'alésage de la plaque lors de sa mise en place dans cette dernière. Le dispositif d'usinage d'alésages tronconiques, notamment dans les plaques de distributeurs pour la mise en place d'inserts selon l'invention, est caractérisé par le fait qu'il se compose - d'une queue de préhension destinée à être fixée dans un mécanisme d'entraînement en rotation tel qu'un mandrin de perceuse, - d'un corps axial comprenant au moins une portée tangentielle pour la mise en place d'au moins une pastille de coupe disposée selon une génératrice du corps axial avec une certaine inclinaison par rapport à l'axe de rotation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels la figure 1 schématise, en vue de coupe, une installation de coulée continue de l'acier, la figure 2 représente, en vue de coupe, un distributeur au niveau de l'orifice d'écoulement, réparé avec des inserts selon l'état actuel de la technique, la figure 3 schématise, en vue de coupe, un distributeur réparé avec des inserts selon la présente invention, la figure 4 montre une variante de réalisation de la figure 3, la figure 5 schématise une vue axiale en coupe d'un dispositif d'usinage d'alésages tronconiques selon un mode préférentiel de réalisation de celui-ci, la figure 6 représente une vue sectionnelle en coupe du dispositif d'usinage d'alésage tronconique de la figure 5, la figure 7 représente un détail du dispositif de l'invention montrée à la figure 6, vu selon la flèche VII. La présente invention vise un insert destiné à être implanté dans les plaques fixe et mobile des distributeurs à tiroir ou rotatifs d'une installation de coulée continue dans le domaine de la sidérurgie ainsi qu'un dispositif d'usinage d'alésages tronconiques notamment dans des plaques de distributeurs. La présente invention a été plus particulièrement développée dans le domaine de la sidérurgie où un grand nombre de matériaux réfractaires est utilisé. Toutefois, cette application n'est pas limitative et la présente invention pourra également etre utilisée dans d'autres domaines où l'usinage de matériaux durs doit être pratiqué. La figure 1 schématise en vue de coupe une installation de coulée continue de l'acier. Cette installation comprend une poche (1) dans laquelle est élaboré l'acier (2) en fusion. La poche (1) est réalisée dans un isolant réfractaire et son fond est traversé par un collecteur (3) qui débouche sur un distributeur (4). Ce distributeur est composé d'une plaque fixe (5) appelée stator et d'une plaque mobile (6) appelée rotor. Le distributeur débouche dans une busette (7) qui, dans le cas de la figure, est formée des éléments (8) et (9) raccordés. La busette débouche dans un répartiteur (10) destiné à contenir le métal en fusion et dont le rôle consiste à acheminer l'acier liquide vers des lingotières par l'intermédiaire de collecteurs de vannes (11), de vannes (12), de busettes de coulée (13). Bien que réalisées en matière réfractaire appropriée, la plaque fixe (5) et la plaque mobile (6) du distributeur (4) sont rapidement mises hors d'usage par suite de l'érosion importante qui se manifeste aux orifices (14) et (15) d'écoulement du métal en fusion. Compte tenu que la dégradation est localisée et que le remplacement systématique de ces plaques s'avère très onéreux, il est nécessaire de procéder à la réparation desdites plaques. Dans ce but, le procédé actuellement utilisé consiste à agrandir, dans le stator (5) et le rotor (6), les orifices (14) et (15) de passage pour éliminer toute la surface dégradée, puis à sceller dans les nouveaux alésages usinés, des inserts avec orifice d'écoulement calibré et à rectifier les faces du stator et rotor qui sont en contact dans le distributeur (4). La figure 2 schématise en vue de coupe un distributeur (4)-réparé avec utilisation d'inserts (16) et (17) selon l'état actuel de la technique. Les deux modèles d'inserts utilisés actuellement sont du type couronne circulaire, telle qu'illustrée à la figure 2 sous le repère (16) soit du type couronne circulaire avec épaulement, telle qu'illustrée à la figure 2 sous le repère (17). Le diamètre intérieur des orifices d'écoulement (14) et (15) respectivement des couronnes (16) et (17) correspond au diamètre de l'orifice initial d'écoulement de l'acier. Les principaux inconvénients des modèles d'inserts illustrés à la figure 2 résident d'une part dans les infiltrations de métal en fusion qui se produisent dans l'épaisseur des joints de scellement et d'autre part dans la difficulté de centrage des inserts. Ils sont scellés dans leur logement respectif au moyen d'un adhésif réfractaire (18) coulé dans l'interstice réalisé entre l'alésage pratiqué dans les plaques (5) et (6) et le diamètre extérieur des inserts (16) et (17). D'autre part, en vue de renforcer la solidité du scellement de l'insert (16) non épaulé, des rainures d'ancrage (19) sont prévues. Lorsque la prise de l'adhésif est terminée, les faces (20) du stator (5) et rotor (6) sont rectifiées pour assurer une parfaite étanchéité au niveau de leur contact. En cours de fonctionnement, sous l'effet des chocs thermiques répétés qui provoquent des retraits et dilatations, des crevasses prennent rapidement naissance dans l'épaisseur des joints étant donné qu'il est très difficile d'obtenir un adhésif réfractaire ayant un coefficient de dilatation identique à celui des pièces réfractaires. Toujours sous l'action des chocs thermiques répétés, les crevasses s'amplifient en volume et en nombre car du métal en fusion s'y infiltre. Progressivement, les inserts deviennent "fuyards" et ils peuvent même se desceller si les sollicitations mécaniques sont importantes. Parmi les inconvénients rencontrés, il faut noter qu'en position ouverte, des fuites de métal en fusion se manifestent à la périphérie inférieure de l'insert (16). De plus, sous la poussée exercée par le métal en fusion surmontant le stator (5), l'insert (16), s'il est descellé, vient s'appuyer sur le rotor (6) ce qui augmente anormalement le travail mécanique du distributeur (4). Il en est de même si l'insert (17) venait s'appuyer sur le stator (5) sous l'influence de la poussée que pourrait exercer le métal en fusion sous l'épaulement (21) de l'insert (17). Lorsque, par exemple, l'insert (16) est descellé et que l'insert (17) -est érodé, tel qu'illustré à la figure 2 sous le repère (22) il arrive parfois que le distributeur (4) se bloque en position intermédiaire par suite d'une interpénétration partielle des deux inserts lors d'une ouverture ou fermeture du distributeur (4). Selon la présente invention, l'insert proposé présente un profil qui lui assure un centrage radial dans l'alésage de la plaque du distributeur lors de sa mise en place dans cette dernière. Le centrage radial de 1'insert, lors de sa simple mise en place dans la plaque, représente un avantage important puisqu'il permet de garantir l'uniformité de l'épaisseur du joint adhésif de scellement et un centrage parfait. La figure 3 représente une vue en coupe du distributeur (4) au niveau de la mise en place d'inserts (23) et (24) selon la présente invention. Les inserts (23) et (24) présentent un profil extérieur tronconique complémentaire aux alésages tronconiques des plaques (5) et (6). Dans l'exemple choisi, les inserts (23) et (24) ont un même diamètre de base et une conicité égale. L'épaisseur du joint de scellement (25) et (26) utilisé a pu être singulièrement diminuée par rapport å celle de la figure 2. Le joint de scellement ne sert qu'à combler les imperfections d'état de surface. Les faces (27) du stator (5) et rotor (6) sont rectifiées pour obtenir une planéité de contact. Par suite de la réduction de l'épaisseur d'adhésif réfractaire, les inconvénients précédemment rencontrés sont éliminés. En raison de la conicité, la simple mise en place des inserts dans les plaques provoque un autocentrage. La figure 3 montre une première disposition des inserts tronconiques (23) et (24). Toutefois d'autres dispositions pourraient être envisagées telles que notamment celles illustrées à la figure 4. La seule difficulté pour la mise en oeuvre de la présente invention réside dans l'usinage de l'alésage tronconique dans les plaques du distributeur. A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'usinage d'alésages tronconiques, notamment dans les plaques de distributeurs pour la mise en place d'inserts selon l'invention. Le dispositif d'usinage (28) se compose - d'une queue (29) de préhension destinée à être fixée dans un mécanisme d'entraînement en rotation. De préférence, il s'agit d'un mandrin de perceuse ; toutefois, d'autres machines outils peuvent être utilisées, telles qu'une fraiseuse ou autre. - d'un corps axial (30) comprenant au moins une portée tangentielle pour la mise en place d'au moins une pastille de coupe (31) disposée selon une génératrice du corps axial avec une certaine inclinaison par rapport à l'axe de rotation (32). Ladite inclinaison sert à donner la conicité à l'alésage. L'outil décrit précédemment permet à partir d'un alésage cylindrique de donner une certaine conicité à sa paroi intérieure pour permettre la mise en place d'un insert à profil extérieur tronconique. Cependant, de préférence, le dispositif d'usinage (28) comporte des moyens de fixation (33) pour permettre la mise en place d'un outillage d'usinage cylindrique (34) centré à l'extrémité du corps axial (30). La figure 5 illustre un tel outillage d'usinage cylindrique du type à carotter formé d'une jupe tubulaire (35) dont le bord inférieur est garni de pastilles diamantées (37) rspportées. L'épaisseur des pastilles (37) est supérieure à celle de la jupe, ce qui permet à l'outil de pénétrer dans la plaque à usiner de façon à emporter une partie de la plaque et à former un alésage cylindrique. La partie supérieure de la jupe (35) est garnie d'un flasque (36) comprenant un épaulement (38) venant se loger dans une rainure circulaire (39) réalisée dans le corps axial (30) de façon à centrer les deux outils. De la sorte, la réalisation d'un alésage tronconique peut être faite en une seule opération car, après avoir réalisé la découpe cylindrique à l'aide de l'outil à carotter, l'alésage cylindrique peut être attaqué directement par l'outil d'usinage tronconique (28). Aucun centrage n'est à réaliser entre les deux opérations, ce qui permet une économie de temps et une grande précision d'usinage. De préférence, le positionnement des pastilles (31) de coupe pour la réalisation de l'alésage tronconique, sur les portées du corps axial (30), est ajustable. Le serrage des pastilles de coupe (31) sur les portées du corps axial (30) est assuré par l'intermédiaire de deux vis (40) traversant des trous oblongs (41) pratiqués dans le support des pastilles de coupe (31). Les trous oblongs permettent un certain débattement des pastilles de coupe (31) qui peuvent ainsi être déplacées pour rattraper leur usure ou pour modifier la conicité de l'alésage à réaliser. De préférence, l'ajustement du positionnement des pastilles de coupe (31) est assuré par serrage des vis (40) alors que l'outil (28) est placé dans un gabarit tronconique qui enserre et positionne les pastilles de coupe (31). De préférence, le corps axial (30) de l'outillage (28) est de forme tronconique présentant une section étoilée telle qu'illustrée à la figure 6 dont les branches comportent une surface d'appui (42) pour les plaquettes de coupe (31). Les plaquettes de coupe (31) diamantées, par exemple au nombre de six, sont régulièrement réparties autour du corps axial (30). Dans un mode préférentiel de l'invention, les plaquettes de coupe (31) présenteront un profil de face trapézoïdal, comme le montre la figure 7. Cette disposition avantageuse permet d'avoir une surface d'attaque plus importante dans la partie inférieure (43) de la plaquette (31) de façon à augmenter la durée de vie de ces dernières. En effet, lors du travail de l'outil, cette zone inférieure (43) travaille plus que la zone supérieure (44) du fait de l'alésage en tronc de cône. Le diamètre de coupe de l'outillage d'usinage cylindrique (34) est supérieur au diamètre d'attaque du dispositif d'usinage tronconique de façon à permettre une pénétration et un centrage de ce dernier dans l'alésage pratiqué par l'outil à carotter. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu également être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Insert, destiné à être implanté dans les plaques fixe et mobile des distributeurs à tiroir ou rotatifs d'une installation de coulée continue dans le domaine de la sidérurgie, ledit insert comprenant un orifice central de passage du métal en fusion, scellé dans des alésages pratiqués dans la plaque fixe appelée stator (5) et la plaque mobile appelée rotor (6) à l'aide d'un adhésif réfractaire, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il présente un profil qui lui assure un centrage radial dans l'alésage de la plaque lors de sa mise en place dans cette dernière. 2. Insert, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il présente un profil extérieur tronconique complémentaire à l'alésage tronconique des plaques (5) et (6). 3. Dispositif d'usinage d'alésages tronconiques, notamment dans les plaques de distributeurs (4) pour la mise en place d'insert selon la revendication 2, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il se compose - d'une queue de préhension (29) destinée à être fixée dans un mécanisme d'entraînement en rotation tel qu'un mandrin de perceuse, - d'un corps axial (30) comprenant au moins une portée tangentielle pour la mise en place d'au moins une pastille de coupe (31) disposée selon une génératrice du corps axial (30) avec une certaine inclinaison par rapport à l'axe de rotation (32). 4. Dispositif d'usinage, selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il présente des moyens de fixation pour permettre la mise en place d'un outillage d'usinage cylindrique (34) centré à l'extrémité du corps axial (30). 5. Dispositif d'usinage, selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que le positionnement des pastilles de coupe (31) sur les portées du corps axial est ajustable. 6. Dispositif d'usinage, selon la revendication 5, c a r a c t é r i s é par le fait que le serrage des pastilles de coupe (31) sur les portées (42) du corps axial (30) est assuré par l'intermédiaire de deux vis (40) traversant des trous oblongs (41) pratiqués dans lesdites pastilles (31). 7. Dispositif d'usinage, selon la revendication 6, c a r a c t é r i s é par le fait que l'ajustement du positionnement des pastilles (31) de coupe est assuré par serrage des vis (40) alors que l'outil (28) est placé dans un gabarit tronconique. 8. Dispositif d'usinage, selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que le corps axial (30) est de forme tronconique, présentant une section étoilée dont les branches comportent une surface d'appui (42) pour les plaquettes de coupe (31). 9. Dispositif d'usinage, selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que l'outillage d'usinage cylindrique est du type à carotter dont le diamètre de coupe est supérieur à celui d'attaque du dispositif d'usinage d'alésages tronconiques. 10. Dispositif d'usinage, selon la revendication 8, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il comporte des plaquettes de coupe (31) diamantées, régulièrement réparties autour du corps axial (30).