Brevet FR2608475A1 — publié le 19880624

OBTURATEUR TOURNANT POUR UN RECIPIENT METALLURGIQUE AINSI QUE CORPS ROTATIF POUR UN TEL OBTURATEUR L'invention se rapporte à un obturateur tournant pour un récipient métallurgique, en particulier pour récipients de coulée d'acier en fusion dans des lingotières, constitué par une brique réfractaire perforée disposée dans le fond du récipient et formant une plaque perforée fixe, et par un corps réfractaire rotatif appliqué de façon étanche sur la brique réfractaire et formant une plaque tournante, la brique perforée comprenant au moins une busette de coulée excentrée et le corps rotatif comprenant au moins un passage qui relie la busette de coulée considérée à un alésage axial situé dans l'axe de rotation du corps rotatif. Un tel obturateur tournant ou à tiroir tournant, connu par exemple par le brevet AT 322 753, en raison de la déviation de la masse fondue à l'intérieur des pièces d'usure réfractaires de l'obturateur, pour la faire passer d'une alimentation excentrée à une évacuation située dans l'axe de rotation, est pour ainsi dire prédestiné pour le transfert d'acier en fusion d'un récipient intermédiaire ou panier à la lingotière d' installations de coulée continue, étant donné que lors des mouvements d'ouverture et de fermeture de l'obturateur, la position du tube de coulée faisant saillie dans la lingotière reste inchangée. Une plaque inférieure supplémentaire, utilisée dans les obturateurs tournants classiques pour le raccordement du tube de sortie ou de coulée, par exemple sous la forme d'une busette de coulée immergée, n'est pas nécessaire. L'inconvénient est cependant la structure de l'obturateur, mal adaptée et peu efficace, ainsi que la conception et l'agencement interchangeable des pièces d'usure réfractaires dans les parties métalliques de l'obturateur. L'objet de l'invention est d'améliorer la conception de l'obturateur rotatif à alimentation excentrée et évacuation centrale de la masse fondue en vue d'augmenter sa fiabilité et son rendement. Ce résultat est atteint pour l'essentiel selon l'invention par le fait que le corps rotatif, appliqué sur la brique perforée ou sur une partie de celle-ci, est réalisé sous la forme d'un tube d'écoulement muni, du côté du raccordement à la brique perforée, d'une tête élargie dans laquelle est prévu au moins un canal de liaison allant de la busette de coulée excentrée à l'alésage axial central du tube d'écoulement et qui comporte une liaison par complémentarité de formes avec un panier métallique pouvant être entraîné en rotation. Un corps rotatif ainsi constitué, malgré une mise en oeuvre de techniques de fabrication relativement peu compliquées, permet de réaliser le canal de liaison allant de la busette de coulée excentrée à l'alésage axial central en tenant largement compte des conditions thermiques de telle sorte que le corps, pendant le fonctionnement, soit soumis à une action régulière de la chaleur, sans formation de contraintes, ce qui prolonge la durée de vie. Par ailleurs, la liaison par complémentarité de formes du corps rotatif avec le panier rotatif le supportant peut se faire de façon simple et de manière à transmettre le couple avec une grande fiabilité, les travaux de manipulation y relatifs se trouvant réduits à un minimum. Pour atteindre les objets visés par l'invention il s est avéré particulièrement avantageux que la tête élargie du corps rotatif, portant une surface de glissement, soit façonnée d'une seule pièce sur le tube de déversement sous la forme d'un tronc de cône divergent et que sa surface périphérique soit dotée de moyens pour former la liaison par complémentarité de formes avec le panier rotatif comportant une surface et des moyens correspondants. Comme moyen de liaison par complémentarité de formes, on peut utiliser de préférence des rainures et des languettes. Cette construction est sans histoire et permet le remplacement du corps rotatif par simple enlèvement et mise en place dans le panier. Par ailleurs, pour des raisons de technique d'écoulement, il est avantageux que le canal de liaison soit réalisé hélicoïdal. I1 est de surcroît avantageux de prévoir dans la tête élargie plusieurs canaux de liaison, de préférence trois, répartis de préférence uniformément sur un même cercle et débouchant dans l'extrémité de l'alésage axial. De cette façon, le corps rotatif de ltobtu.rateur tournant dispose de plusieurs canaux de réserve que l'on peut utiliser facultativement es uns après les autres en cas de besoin. I1 est, en outre, possible de prévoir en même temps dans la brique perforée plusieurs busettes de coulée débouchant dans les canaux de liaison. Le flux de masse fondue est ainsi divisé, et, par conséquent, l'obturateur tournant et le débit de masse fondue désirée peuvent être réglés de façon plus précise.De plus, la contrainte thermique du corps rotatif est encore mieux égalisée. Si la brique perforée est fabriquée en un matériau réfractaire de haute qualité, elle peut alors comporter elle-même la surface de glissement fixe absorbant la pression d'application du corps rotatif, bien qu'il se soit révélé particulièrement économique de disposer la surface de glissement fixe sur une plaque d'usure qui, en tant que partie de la brique perforée, est montée de façon interchangeable dans celle-ci et est immobilisée en rotation par des moyens d'arrêt. A cet effet, il est éventuellement possible de réaliser la plaque d'usure sous la forme d'un corps d'usure placé à l'intérieur de la brique perforée dans le même plan que celle-ci et comportant les busettes de coulée. En ce qui concerne la compensation de la pression qui doit être appliquée sur les surfaces de glissement de l'obturateur tournant pour assurer l'étanchéité et qui est entièrement transmise du corps rotatif à la brique réfractaire, l'invention propose d'ancrer la brique perforée sur le fond en tôle du récipient métallurgique et, pour aciliter son remplacement, de la monter dans le garnissage du fond par l'intermédiaire d'une couche amovible, par exemple en béton réfractaire. Une autre caractéristique de l'invention consiste à installer entre la surface de glissement fixe et la surface de glissement tournante une gorge circulaire qui est reliée à un raccord extérieur d'arrivée de gaz par un conduit de gaz de la brique perforée, gorge à partir de laquelle au moins un canal aménagé dans la tête s'étend jusque dans l'alésage axial du corps rotatif. Cet agencement permet, par exemple en cas de nécessité, l'insufflation d'oxygène pour la refusion de masse fondue solidifiée dans les busettes de coulée au-dessus du corps rotatif. On peut aussi insuffler un gaz inerte, par exemple pour empêcher la solidification ou pour le traitement métallurgique de la masse fondue. Il entre aussi dans le cadre de l'invention de réaliser également des tubes d'écoulement, assez longs et plongeant dans la masse fondue de la lingotière, sous forme de corps rotatifs afin de mettre le jet de coulée à l'abri de l'air extérieur. Par contre, du point de vue de la technique de fabrication et de la manipulation,il est plus avantageux que le panier rotatif comporte, dans sa zone faisant saillie hors de l'obturateur ou d'un couvercle de celui-ci, des moyens de raccordement pour la fixation d'un tube de rallonge réfractaire sur le corps rotatif. L'invention se rapporte également à un corps rotatif destiné à un obturateur tournant, notamment du type précédemment décrit. Un tel corps rotatif se caractérise en particulier par le fait qu'il est réalisé sous la forme d'un tube d'écoulement muni, du côté de raccordement à la brique perforée d'une tête élargie dans laquelle est aménagé au moins un canal de liaison dont l'orifice est associé à la busette de coulée excentrée et qui aboutit dans l'alésage axial central du tube d'écoulement, cette tête comportant des moyens pour former une liaison par complémentarité de formes avec un panier métallique pouvant être entraîné en rotation. Un tel corps rotatif peut être très facilement monté et démonté dans un obturateur tournant afin d'obtenir une alimentation excentrée et une évacuation centrale de la masse fondue. En pareil cas, la tête élargie du corps rotatif, portant une surface de glissement, est formée d'une seule pièce sur le tube d'écoulement, de préférence, sous la forme d'un tronc de cône divergent et la surface périphérique de la tête est dotée de moyens pour former la liaison par complémentarité de formes avec le panier rotatif comportant une surface et des moyens correspondants. De cette façon, lors du montage, on obtient de façon sûre la liaison nécessaire pour complémentarité de formes entre le corps rotatif et le panier rotatif. Les moyens prévus pour la formation de la liaison par complémentarité de formes sont de préférence constituée par des rainures radiales coopérant avec des languettes du panier rotatif. Il peut être avantageux que le canal de liaison soit réalisé hélicoïdal. Pour garantir une contrainte thermique uniforme, le corps rotatif, dans un autre mode de réalisation de l'invention, comporte dans la tête élargie plusieurs canaux de liaison répartis sur un même cercle, de préférence avec des écartements angulaires uniformes, et débouchant dans l'extrémité de l'alésage axial. La surface de glissement du corps rotatif est de préférence réalisée convexe afin de coopérer avec une surface de glissement concave de la brique perforée. De cette façon, les écarts éventuels dans la pression de contact du corps rotatif sur la brique perforée peuvent être plus facilement compensés que dans le cas de surfaces de glissement planes. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la surface de glissement du corps rotatif comporte une gorge circulaire qui est reliée par un conduit de gaz de la brique perforée à un raccord extérieur d'arrivée de gaz et à partir de laquelle au moins un canal aménagé dans la tête élargie s'étend jusque dans l'alésage axial. A l'aide d'un tel conduit de gaz, il est possible d'insuffler de l'oxygène pour la refusion de la masse fondue solidifiée dans les busettes de coulée au-dessus du corps rotatif. Au moyen d'un gaz inerte, on peutr en outre, empêcher une solidification de la masse fondue ou effectuer un traitement métallurgique de cette dernière. Si le corps rotatif est réalisé sous la forme d'une busette de coulée immergée faisant saillie dans la lingottière d installations de coulée continue, le jet de coulée peut être protégé contre l'air extérieur par le corps rotatif lui-même. Pour remplacer les pièces d'usure de l'obturateur tournant et en particulier du corps rotatif, on peut installer dans le récipient une fermeture à quenouille connue à l'aide de laquelle on peut obturer l'ouverture de la busette de coulée en cas de besoin. 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 vue en coupe d'un obturateur rotatif réalisé conformément à l'invention ; la figure 2 est une vue en plan du corps rotatif de l'obturateur de la figure l la figure 3 est une vue analogue de la plaque d'usure de l'obturateur de la figure l les figures 4 à 6 représentent des vues simplifiées d'autres modes de réalisation. A la figure l, la référence l désigne un récipient métallurgique dont on n'a représenté que la zone de la busette de coulée et qui comprend un fond métallique 2 en tôle et un garnissage réfractaire 3 dans lequel une brique perforée 4 est fixée de façon interchangeable vers l'intérieur dans une couche extractable 6 en béton réfractaire au moyen de crampons pivotables 5 en forme de crochets installés sur le fond 2 en tôle. La brique perforée 4 comportE trois busettes de coulée 8 pourvues de douilles d'usure 7, une plaque d'usure 9 placée endessous et soutenant les douilles 7, des trous 10 situés dans le prolongement des busettes de coulée 8 ainsi qu'au moins une surface de glissement 11.Par ailleurs1 comme on peut le voir à la figure 3, la plaque d'usure ronde 9 présente, sur sa périphérie, des moyens d'arrêt 12, réalisés sous forme de méplats, pour sa fixation amovible, sans possibilité de rotation, dans un évidement 13, de profil correspondant, de la brique perforée 4. Celle-ci, en plus des fonctions usuelles sur les obturateurs tournants, assure la fixation de la plaque d'usure 9 dont la surface de glissement 11 coopère avec la surface de glissement 14 d'un corps rotatif 15, 16 constitué par un tube d'écoulement réfractaire 15 avec tête élargie 16 en forme de plaque. L'axe de rotation 17 du corps rotatif coïncide avec l'axe du tube 15 et avec le centre d'un cercle 18 sur lequel les busettes de coulée 8 et les trous 10 de la plaque d'usure 9 sont régulièrement répartis et qui présente un rayon correspondant à peu près à la moitié du rayon de la surface de glissement 14 du corps rotatif 15,16. Partant des trous 10 de la plaque d'usure 9, des canaux de liaison 19, répartis suivant le même espacement que les busettes de coulée 8, aboutissent à l'alésage 20 du tube d'écoulement 15 du corps rotatif 15, 16 de sorte que l'écoulement de la masse fondue du récipient 1 à l'alésage axial 20 peut s'effectuer lorsque les canaux de liaison 19 viennent se placer par rotation en dessous des busettes de coulée 8, et ne peut se faire dans une position intermédiaire. Pour permettre sa rotation, le corps rotatif 15, 16 est immobilisé en rotation dans un panier rotatif 21, le couple étant transmis par une liaison par complémentarité de formes 22,23 qui est constitué par des rainures 22 aménagées dans la surface périphérique conique 25 de la tête 16 ainsi que par des languettes 23, à profil correspondant, du panier rotatif. Tout aussi efficacement, on peut aussi utiliser une denture, ou bien, selon la figure 4, on peut donner aux rainures 22 une profondeur non uniforme et réaliser les languettes 23 en conséquence. On obtient ainsi une liaison 22, 23 avec une plus grande profondeur d'interpénétration qui permet de disposer moins d'éléments à rainures et à languettes répartis sur la périphérie. Le panier rotatif 21, portant le corps rotatif 15, 16, est muni d'une couronne dentée 26 qui est placée dessous de la liaison 22, 23 et sur laquelle agit un pignon d'entraînement 27 lequel est raccordé à une transmission non représentée, et est monté dans une excroissance 28 du carter 29 entourant la couronne dentée 26. De son côté, le carter 29 guide le couvercle 31 en forme de disque annulaire qui est retenu par des vis articulées 30 et qui supporte le panier rotatif 21 reposant sur un raclement à billes séparable 32 et, par l'intermédiaire de rondelles Belleville 33 prévues sur les vis articulées 30, applique de façon élastique, mais étanche la surface de glissement 14 du corps rotatif 15, 16 sur la surface de glissement 11 de la plaque d'usure 9.Après desserrage des vis articulées 30 installées sur la périphérie du carter 29, on peut faire pivoter le couvercle 31 autour d'une charnière, non visible sur le dessin, placée dans une zone périphérique entre le carter 29 et le couvercle 31, ce qui permet d'accéder au corps rotatif 15, 16 et au panier 21 qui font tous les deux saillie vers l'extérieur par l'ouverture centrale du couvercle 31 du carter. Au corps rotatif 15, 16, dépassant du couvercle 31 par le tube d'écoulement 15, on peut raccorder un tube de rallonge réfractaire 35 qui, sur sa surface conique 36, est entouré par des moyens de raccordement 37 réalisés sous la forme d'un écrou pouvant être serré sur le panier rotatif 21 fileté à son extrémité intérieure. La disposition symétrique, représentée à la figure 1, des busettes de coulée 8, des trous 10- et des canaux de liaison 19 dans la brique perforée 4, la plaque d'usure 9 et le corps rotatif 15, 16, assure une contrainte thermique régulière et quasiment sans tension des pièces d'usure précitées sous lteffet de la masse fondue les traversant, ce qui augmente leur durabilité. La figure 5 illustre un exemple de réalisation avec seulement une seule busette de coulée 8 et un seul canal de liaison 19. Par conséquent , la brique perforée 4 comporte une busette de coulée 8 et le corps rotatif 15, 16 un canal de liaison 19 aboutissant à l'alésage axial 20. Par ailleurs, la brique perforée 4 n'a pas de douille d'usure rapportée dans la busette de coulée 8 et est par conséquent réalisée dans son ensemble en un matériau réfractaire de haute qualité qui permet de disposer la surface de glissement 11 directement sur la brique perforée 4. A l'inverse du mode de réalisation selon les figures 1 à 3, la surface de glissement 11 est en outre réalisée concave tandis que la surface de glissement opposée 14 du corps rotatif 15, 16 est réalisée convexe, ce qui contribue à mieux compenser les éventuelles différences de pression exercées par le corps rotatif 15, 16. A la figure 6, la busette de coulée 8 sans douille d'usure et la surface de glissement fixe 11 sont disposées sur un corps 38 d'une grande résistance à l'usure installé de façon interchangeable dans la brique perforée 4 et réalisé sous la forme d'une brique tronconique. Dans la brique perforée 4 et le corps 38 se trouve un conduit de gaz 39 qui est constitué par des perçages, qui comporte un raccord extérieur d'arrivée de gaz 40 et qui débouche dans une gorge circulaire 41 laquelle se situe entre les surfaces de glissement 11 et 14 et d'où au moins un canal 42 ménagé dans la tête 16 aboutit à l'alésage axial 20 du corps rotatif 15, 16. La gorge circulaire 41 et l'alésage axial 20 peuvent être alimentés en gaz par le raccord extérieur 40, la pression de gaz dans la gorge 41 empêchant l'air de s'infiltrer entre les surfaces de glissement 11 et 14 et de pénétrer dans le jet de coulée,tantis que l'amenée de gaz dans l'alésage axial 20 peut servir à empêcher une solidification de la masse fondue ou à assurer un rinçage. REVENDICATIONS 1. Obturateur tournant pour un récipient métallurgique (1), en particulier pour récipients de coulée d'acier en fusion dans des lingotières, constitué par une brique réfractaire perforée (4) disposée dans le fond (2,3) du récipient et formant une plaque perforée fixe, et par un corps réfractaire rotatif (15, 16) appliqué de façon étanche sur la brique réfractaire et formant une plaque tournante, la brique perforée (4) comprenant au moins une busette de coulée excentrée (8) et le corps rotatif (15, 16) comprenant au moins un passage qui relie la busette de coulée (8) considérée à un alésage axial (20) situé dans l'axe de rotation (17) du corps rotatif (15,16), caractérisé par le fait que le corps rotatif (15,16), appliqué sur la brique perforée (4) ou sur une partie de celle-ci, est réalisé sous la forme d'un tube d'écoulement (15) muni, du côté du raccordement à la brique perforée, d'une tête élargie (16) dans laquelle est prévu au moins un canal de liaison (19) allant de la busette de coulée excentrée (8) à l'alésage axial central (20) du tube d'écoulement (15) et qui comporte une liaison par complémentarité de formes (22,23) avec un panier métallique (21) pouvant être entraîné en rotation. 2. Obturateur tournant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tête élargie (16), portant une surface de glissement (14) du corps rotatif (15,16) est formée d'une seule pièce avec le tube d'écoulement (15) sous la forme d'un tronc de cône divergent, et que sa surface périphérique (25) est dotée de moyens (22) pour former la liaison par complémentarité de formes (22,23) avec le panier rotatif (21) comportant une surface et des moyens correspondants (23). 3. Obturateur tournant selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la liaison par complémentarité de formes (22,23) est constitué par des rainures (22) et par des languettes (23) disposées radialement. 4. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le canal de.liaison (19) est réalisé hélicoïdal. 5. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que plusieurs canaux de liaison (19), répartis sur un même cercle et débouchant dans l extrémité de l'alésage axial (20), sont prévus dans la tête élargie (16). 6. Obturateur tournant selon'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que plusieurs busettes de coulée (8), débouchant dans les canaux de liaison (19), sont prévues dans la brique perforée (4). 7. Obturateur tournant selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la surface de glissement (11) de la brique perforée (4), coopérant avec la surface de glissement (14) du corps rotatif (15, 16) est disposée sur une plaque d'usure (9) qui, en tant que partie de la brique perforée (4), est montée de façon interchangeable dans celle-ci et y est immobilisée en rotation par des moyens d'arrêt (12). 8. Obturateur tournant selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la plaque d'usure (9) est réalisée sous la forme d'un corps d'usure (38) placé à l'intérieur de la brique perforée (4) dans le même plan que celle-ci et comportant les busettes de coulée (8). 9. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la brique perforée (4) est ancrée sur le fond (2) en tôle du récipient (1) au moyen de crampons (5) et est montée dans le garnissage (3) du fond par l'intermédiaire d'une couche amovible (6) en béton réfractaire. 10. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'entre la surface de glissement fixe (11) et la surface de glissement tournante (14) est prévue une gorge circulaire (41) qui est reliée à un raccord extérieur d'arrivée de gaz (40) par un conduit (39) de la brique perforée (4) et à partir de laquelle au moins un canal (42) aménagé dans la tête élargie (16) s'étend jusque dans l'alésage axial (20) du corps rotatif (15,16). 11. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps rotatif (15,16) est réalisé sous la forme d'une busette de coulée immergée faisant saillie dans la lingotière dans des installations de coulée continue. 12. Obturateur tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le panier rotatif (21), comporte, dans la zone faisant saillie hors du carter (29) ou du couvercle (31) du carter de l'obturateur, des moyens de raccordement (37) pour un tube de rallonge (35) prolongeant le corps rotatif (15,16). 13. Corps rotatif destiné à un obturateur tournant pour un récipient métallurgique, en particulier pour un récipient alimentant des lingotières avec de l'acier en fusion, constitué par une brique réfractaire perforée (4) disposée dans le fond (2,3) du récipient et formant une plaque perforée fixe, et par un corps réfractaire rotatif (15,16) appliqué de façon étanche sur la brique réfractaire et formant une plaque tournante, la brique perforée (4) comprenant au moins une busette de coulée excentrée (8) et le corps rotatif (15,16) contenant au moins un passage qui relie la busette de coulée (8) à un alésage axial (20) situé -dans l'axe de rotation (17) du corps rotatif (15,16), caractérisé par le fait qu'il est réalisé sous la forme d'un tube d'écoulement (15) muni, du côté du raccordement à la brique perforée, d'une tête élargie (16) dans laquelle est aménagée au moins un canal de liaison (19) dont l'orifice est associé à la busette de coulée excentrée (8) et qui aboutit dans l'alésage axial central (20) du tube d'écoulement (15), cette tête comportant des moyens (22) pour former une liaison par complémentarité de formes (22,23) avec un panier métallique (21) pouvant être entrainé en rotation. 14. Corps rotatif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la tête élargie (16), portant une surface de glissement (14), est réalisée d'une seule pièce sur le tube d'écoulement (15) sous la forme d'un tronc de cône divergent, et que sa surface périphérique (25) est dotée de moyens (22) pour former la liaison par complémentarité de formes (22,23) avec le panier rotatif (21) comportant une surface et des moyens correspondants (23). 15. Corps rotatif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens (22) pour former la liaison par omplémentarité de formes (22,23) sont constitués par des rainures (22) disposées radialement et coopérant avec des languettes (23) du panier rotatif (21). 16. Corps rotatif selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le canal de liaison (19) est réalisé hélicoïdal. 17. Corps rotatif selon l'une quelconque des revendications 13 et 16, caractérisé par le fait que plusieurs canaux de liaison (19), répartis sur un même cercle de préférence avec les mêmes écartements angulaires, et débouchant dans l'extrémité de l'alésage axial (20), sont prévus dans la tête élargie (16). 18. Corps rotatif selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé par le fait que la surface de glissement (14) de la tête élargie (16) est réalisée convexe pour coopérer avec une surface de glissement concave (11) de la brique perforée (4). 19. Corps rotatif selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé par le fait que dans la surface de glissement (14) est prévue une gorge circulaire (41) qui est reliée à un raccord extérieur d'arrivée de gaz (40) par un conduit (39) dans la brique perforée (4) et à partir de laquelle au moins un canal (42) aménagé dans la tête élargie (16) s'étend jusque dans l'alésage axial (20). 20. Corps rotatif selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé par le fait qu'il est réalisé sous la forme d'une busette de coulée immergée faisant saillie dans la lingotière dans des installations de coulée continue.