Brevet FR2614566A1 — publié le 19881104

Pièces d'usure réfractaires avec parties perméables pour un gaz de balayage pour obturateurs de coulée sur des récipients utilisés en métallurgie. Description L'invention concerne des pièces d'usure réfractaires pour obturateurs de coulée sur des récipients utilisés en métallurgie, en particulier une plaque d'obturateur réalisée par formage intégral de matériaux étanches et de matériaux perméables, comportant au moins un orifice de passage et une face de glissement ainsi que, dans la zone perméable, au moins une zone de balayage reliée par un canal de gaz à une connexion de gaz extérieure. La demande de brevet DE No. 34 06 076 décrit une plaque de fond de ce type réalisée par formage intégral d'un corps principal en matériau poreux et d'une partie de surface de glissement en matériau réfractaire étanche. Elle comporte dans le corps principal poreux, autour de l'orifice de passage, une chambre de gaz formée à l'aide de matériaux d'autopyrogénation dans laquelle débouche un canal de gaz qui est percé après la cuisson de la plaque et qui comporte à l'extérieur une connexion de gaz. Pour assurer que le gaz parvienne de la chambre de gaz dans l'orifice de passage par les pores du corps principal poreux au lieu de s'échapper à travers la surface libre du corps principal, cette surface est scellée de façon étanche au gaz à l'aide d'une glaçure. A cause des différences de résistance entre le corps principal et la partie de surface de glissement, une plaque de telle conception ne peut pas résister de façon satisfaisante aux contraintes générées par les variations de température et les flexions. En outre, les perçages diminuent la résistance des plaques et représentent, avec la glaçure de scellement à appliquer, un surcroit de travail non négligeable. 2614 5 66 - 2 - La présente invention a pour objet d'améliorer avec des moyens simples la fabrication et la conception des plaques qui comportent des zones poreuses ou perméables pour l'acheminement de gaz, en particulier en ce qui concerne la disposition de zones de balayage. En application de l'invention, le problème posé est résolu essenti- ellement par la réalisation de zones de canal de gaz et de zones de balayage en tant que structure perméable homogène dans un corps de base étanche. Ainsi on obtient pour les pièces d'usure, en particulier des plaques d'obturateur, une sorte de construction en sandwich avec des cotés plans étanches et rigides entre lesquels la structure perméable forme un noyau élastique, ce qui rend là plaque non seulement plus légère mais aussi plus résistante P la flexion et à la rupture. Grâce à l'utilisation simultanée de la structure perméable pour l'acheminement du gaz et le balayage, la fabrication des pièces d'usure est également plus Economique car le système de balayage est totalement intégré lors du formage, par exemple d'une plaque d'obturateur, ce qui élimine avant tout le travail du percement ultérieur de canaux de gaz. En plus, il est possible d'amEnager de facon adéquate sur les pièces d'usure les zones de balayage souhaitées en forme et nombre exigés par la pratique car la structure perméable intérieure peut être adaptée pour délivrer du gaz à n'importe quel endroit de la surface. En fonction de la conception, en particulier de la zone de canal de gaz, il peut être avantageux de prévoir à l'intérieur de la structure perméable noyée dans le corps de base, et en particulier devant les zones de balayage, des espaces libres servant à collecter et répartir uniformement le gaz de balayage, En plus, l'invention prévoit que pour une pièce d'usure en forme de plaque d'obturateur, la structure perméable soit constituée d'une zone de canal de gaz avec plusieurs zones de balayage adjacentes. Dans ce sens, il convient d'aménager sur les plaques d'obturateur une zone de balayage en forme de douille autour de l'orifice de passage ainsi 261456 6 - 3- 1 qu'une zone de balayage de bouchon et une zone de balayage annulaire sur la ou-les face(s) de glissement. Sur des plaques de fond, il est possible de former, en plus de la zone de balayage en forme de douille autour de l'orifice de passage, une zone de. balayage annulaire sur la face de glissement. En général, il est recommandé d'aménager les zones de canal de gaz comme conduit à section rectangulaire. Il est cependant avantageux, particulièrement pour des plaques d'obturateur à grande consommation de gaz de balayage, que la structure perméable se présente comme une forme plus petite de la géométrie de la plaque avec une zone de canal de gaz incorporée et des zones de balayage adjacentes à celle-ci. Un tel aménagement assure des trajet de gaz court et assez d'espace pour une alimentation sûre des quantités de gaz nécessaires. Concernant la réalisation de la structure perméable et du corps de base étanche, on peut imaginer d'obtenir l'étanchéité et la perméabi- lité par des densifications différentes d'une même matière première réfractaire. L'invention propose néanmoins d'employer pour la struc- ture perméable et le corps de base des granulométries différentes avec une même pression de moulage afin de permettre une fabrication rapide de la pièce d'usure. L'invention est expliquée ci-après en plusieurs exemples de réalisation à l'aide des dessins, sur lesquels: la figure 1 montre une coupe longitudinale des pièces d'usure en position de montage sur un obturateur à tiroir linéaire à deux plaques, la figure 2 montre une coupe selon A-A de la fig. 1, la figure 3 montre une coupe longitudinale de la plaque centrale d'un obturateur à tiroir à trois plaques, et la figure 4 montre une coupe selon B-B de la fig. 3. -4- 1 Toutes les pièces d'usure d'obturateur à tiroir visibles sur le dessin, à savoir une plaque mobile 10, une plaque de fond 20, une entrée 30 et une plaque médiane 40, comportant toutes un passage 11, 21, 31 et 41, sont des structures céramiques en matériau réfractaire étanche et matériau perméable au gaz. Le matériau étanche forme un corps de base 12, 22, 32 et 42 représenté hachuré dans lequel le matériel perméable au gaz représenté en pointillés est noyé comme structure perméable 13, 23, 33 et 43. Chacune de ces structures comporte en principe au moins une zone de canal 15, 25, 35 et 45 pourvue d'une connexion extérieure de gaz 14, 24, 34 et 44 et reliée à une eu plusieurs zones de balayage débouchant à la surface de la pièce d'usure. En détail, l'exemple de réalisation d'après les figures 1 et 2 montre que dans le corps de base 12 de la plaque mobile 10 et à peu près dans le plan médian longitudinal de celle-ci est prévue une zone de canal 15 à, laquelle sont raccordées une zone de balayage en forme de douille 16 qui délivre du gaz dans l'orifice de passage 11 ainsi qu'une zone de rinçage de bouchon 17 ouverte vers la face de glisse- ment 9 de la plaque et une zone de balayage annulaire 18 également ouverte vers la face de glissement. Entre la zone de canal 15 et les nes de balayage 16 à 18 se trouvent des espaces libres 19 servant de chambres de gaz. Comme le montre le mieux la figure 2, le gaz de balayage injecté sous pression à travers la connexion de gaz 14 dans la plaque d'obturateur remplit entièrement les pores ouverts de la structure perméable 13 et les espaces libres 19 et s'écoule ensuite de la zone de balayage en forme de douille 16 vers l'orifice de passage afin d'y prévenir d'éventuels dépSts de masse en fusion. En même temps, du gaz de balayage venant de la zone de balayage de bouchon 17 et de la zone de balayage annulaire 18 passe entre les faces de glissement 9 des deux plaques d'obturateur 10 et 20. Ainsi se forme un film de gaz de balayage qui favorise le glissement des plaques et empêche en plus l'aspiration d'air extérieur réoxydant vers le jet de masse en fusion qui passe dans les orifices de passage 11, 21 et 31. -5- Dans la position de fermeture de la plaque mobile 10, sa zone de balayage de bouchon 17 se trouve sous l'orifice de passage 21 de la plaque de fond 20 de telle façon que le gaz de balayage ascendant maintient la masse en fusion dans les orifices de passage 21 et 31 en état de couler. Cet effet est soutenu par les structures perméables 23 et 33 prévues dans la plaque de fond 20 et dans l'entrée 30 qui contiennent les zones de canal de gaz 25 et 35 ainsi que les zones de balayage 26 et 36. Le film de gaz de balayage mentionné ci-avant peut également être amélioré en disposant dans la plaque de fond 20 aussi une zone de balayage annulaire qui sera toutefois l'inverse de la zone de balayage annulaire 18 dans la plaque d'obturateur 10 et ne comportera pas le bouchon de balayage 17. Dans la réalisation selon les figures 3 et 4, la plaque médiane 40 mobile coopérant avec une plaque de fond fixe et une autre plaque inférieure fixe comporte une structure perméable 43 qui inclut la zone de canal de gaz 45, la zone de balayage en forme de douille 46, la zone de balayage de bouchon 47 et la zone de balayage annulaire 48. Cette dernière zone se présente sous forme d'anneau circonférentiel avec des c6tés ouverts vers les deux faces de glissement 49 de la plaque. Une structure perméable 43 d'un tel volume constitue un réservoir de pression pour le gaz de balayage, qui favorise le maintien d'une pression uniforme dans les zones de balayage 46, 47 et 48. Pour la fabrication d'une plaque médiane 40 selon les figures 3 et 4, on utilise comme matériau étanche et matériau perméable des matières premières réfractaires, par exemple MgO, A1203 ou SiO2, de préférence dans les classes granulométriques mentionnées ci-après: 2 6 14566 - 6 - 1 granulométrie matériau matériau étanche perméable sup. à 1,0 mm 7 % 15 % 0,1 - 1,0 mm 23 % 67 % 0,09 - 0,5 mm 30 % 11% inf. à 0,09 mm 40 % 7 % A partir du matériau perméable, on pré-forme d'abord des pièces individuelles sous une pression légère, et l'on pose d'abord dans le moule par exemple une pièce annulaire pré-formée qui constitue la zone de balayage annulaire 48 de l'une des faces de glissement 49 jusqi -a la hauteur de la face inférieure de la zone de canal 45. Ensuite, on verse jusqu'à la même hauteur du matériau étanche qui sera légèrement pressé ensemble avec la pièce annulaire citée. Sur la face plane ainsi formée, on pose la zone de canal 45 préfabriquée qui, de son c8té,. sert de base pour le reste de la pièce annulaire de la zone de balayage annulaire 48 ainsi que pour la zone de balayage de bouchon 47. Par-dessus, on verse à la même hauteur du matériau étanche, et le formage définitif est réalisé sous une pression de 100 à 120 N/mm2. Pour terminer, la plaque 40 formée est cuite à une température qui assure la liaison céramique. On peut procéder de façon similaire pour la fabrication de la plaque mobile 10, de la plaque de fond 20 et de l'entrée 30. En particulier pour la fabrication de la plaque mobile 10, il est cependant aussi possible d'utiliser un poinçon portant le contre-profil de la structure perméable 13 pour pré-comprimer en matériau perméable la face de glissement de la plaque 10 qui repose au fond de la matrice en découpant le profil de la structure perméable. Les parties en creux du profil ainsi réalisé sont remplies de matériau perméable puis recouvertes avec la partie restante du matériau étanche, et la plaque 10 peut maintenant recevoir sa forme définitive dans une deuxième opération de compression. Dans les deux modes de fabrication - 7 - 1 de la plaque mobile 10, les espaces libres 19 peuvent être réalisés par insertion de noyaux profilés qui se volatilisent pendant la cuisson de la plaque. L'invention telle que décrite s'applique de la même façon à des plaques d'obturateur d'autres formes géométriques, par exemple pour obturateurs rotatifs ou pivotants. De même, la sortie (busette) non représentée dans la figure 1 pour des raisons de simplification, qui se raccorde à la plaque mobile 10, peut être réalisée de façon similaire à l'entrée 30. 1 Revendications 1. Pièce d'usure réfractaire pour obturateurs de coulée sur récipients utilisés en métallurgie, en particulier plaque d'obturateur réalisée par formage intégral de matériaux étanches et de matériaux perméables, comportant au moins un orifice de passage et une face de glissement ainsi que, dans la zone perméable, au moins une zone de balayage reliée par un canal de gaz à une connexion de gaz. extérieure, caractérisée par le fait que les zones de canal de gaz (15, 25, 35, 45) et les zones de balayage (16, 17, 18, 26, 36, 46, 47, 48) sont formées par une structure perméable homogène (13, 23, 33, 43) dans un corps de base étanche. 2. Pièce d'usure suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la structure perméable (13) noyée dans le corps de base (12) présente des espaces vides (19). 3. Pièce d'usure suivant la revendication 1 ou 2 sous la forme d'une plaque d'obturateur, caractérisée par le fait que la structure perméable (13; 43) est composée d'unc zone de canal de gaz (15; 45) et de plusieurs zones de balayage (16, 17, 18; 46, 47, 48) formées autour du canal de gaz. 4. Pièce d'usure suivant la revendication 3, caractérisée par l'aménagement d'une zone de balayage (16; 46) en forme de douille autour de l'orifice de passage (11; 41), d'une zone de balayage de bouchon (17; 47) et d'une zone de balayage annulaire (18; 48) sur la ou les face(s) de glissement (9; 49). 5. Pièce d'usure suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la structure perméable (43) présente une géométrie de plaque plus petite avec une zone de canal de gaz (45) débouchant sur des zones de balayage (46, 47, 48).