Brevet FR2650520A1 — publié le 19910208

QUENOUILLE DE REGULATION DE L' ECOULEMENT D' UN LIQUIDE COMPORTANT UN ESPACE LIBRE ALIMENTE EN GAZ. L'invention concerne une quenouille de régulation de l'écoulement d'un liquide comportant une partie poreuse alimentée en gaz. Dans l'industrie on utilise fréquemment des quenouilles pour ouvrir et fermer un orifice d'un récipient contenant un liquide. En écartant plus ou moins la quenouille de l'orifice du récipient on peut réguler le débit du liquide. Dans certains cas ces quenouilles de régulation permettent d'insuffler un gaz dans le liquide contenu dans le récipient. Ainsi l'utilisation d'une quenouille pour contrôler l'écoulement d'un métal liquide s'écoulant d'un répartiteur dans un moule de coulée en continu refroidi à l'eau est bien connue. Cette quenouille est utilisée pour introduire un gaz inerte, généralement de l'argon dans le métal liquide. L'argon a pour but d'éliminer les inclusions contenues dans le métal liquide. Il a également pour but de réduire les dépôts d'alumine qui se produisent dans les organes de coulée. Enfin l'injection d'argon permet d'éviter l'apparition d'un vide à l'intérieur de l'organe de coulée, ce vide pouvant conduire à une aspiration d'air provoquant l'oxydation du métal liquide. Selon une première réalisation connue, l'injection d'argon est effectuée au moyen d'un canal axial traversant la quenouille et débouchant à l'extrémité de cette dernière. Il est également connu d'injecter un gaz au moyen d'un bouchon poreux scellé dans le matériau réfractaire à l'extrémité de la quenouille. Dans le cas de la première solution le trou présente un diamètre important, de l'ordre de 2 à 3 mm. Par suite une remontée de métal liquide peut se produire par cet orifice dans le cas o la pression du gaz serait interrompue pour une raison quelconque. De plus l'injection est localisée en un point et provoque de grosses bulles qui sont moins efficaces pour l'élimination des impuretés contenues dans le 2650S90 métal. La deuxième solution permet certes de produire de petites bulles réparties aà' la surface du bouchon poreux. Toutefois il existe un risque de descellement de ce bouchon qui conduirait à une remontée du métal liquide dans le canal axial de la quenouille. On connait également (US-A-4 791 978) une quenouille comportant un nez poreux co-pressé isostatiquement en même temps que le corps. Le nez poreux présente une composition similaire à celle du corps mais sa perméabilité est beaucoup plus élevée. Le co-pressage permet d'éviter le risque de perte du nez poreux. Toutefois dans cette réalisation la surface interne de l'extrémité du canal axial de la quenouille est faible. En outre l'épaisseur du matériau poreux à traverser est importante, par exemple 40 mm, pour une quenouille de dimensions courantes. Ces caractéristiques conduisent à une limitation du débit d'argon obtenu à des températures élevées. Ainsi le débit d'argon maximum obtenu à 1500 C est d'environ 6 à 8 Nl/mn pour une contrepression de 2,8 bar. Ce débit est insuffisant dans certains cas et de plus la contrepression relativement importante qui est nécessaire est dangereuse pour le canal axial, le raccord de la quenouille et les canalisations d'alimentation en gaz. Le risque principal est l'éclatement du nez pendant la coulée, ce qui aurait pour conséquence catastrophique la perte du contrôle de l'écoulement du métal liquide. Le second problème est un risque élevé de fuite au niveau des raccords conduisant à une inefficacité du nez poreux. Etant donné qu'une résistance élevée à la corrosion par l'acier est nécessaire, toutes les tentatives faites pour accroître la perméabilité du matériau poreux constituant le nez ont échoué parce qu'une augmentation du nombre des pores et/ou une augmentation de leur taille ont pour conséquence une diminution inacceptable de la résistance du matériau poreux. La présente invention a précisément pour objet de remédier à ces inconvénients de l'art antérieur. L'objet de l'invention est de créer une quenouille de régulation de l'écoulement d'un liquide qui conserve les avantages des quenouilles de l'art antérieur tout en permettant une augmentation du débit de gaz, ce débit devant être obtenu pour une contrepression plus faible. Ce résultat est obtenu conformément & l'invention grâce au fait que le nez poreux comporte un espace libre alimenté en gaz. Cet espace libre a pour effet d'amener le gaz plus près de la surface extérieure de la quenouille. En conséquence, le débit de gaz est augmenté pour une même valeur de la contrepression parce que l'épaisseur de matériau à traverser est diminuée. De préférence l'espace libre est une fente, qui peut être continue ou discontinue. De préférence des ponts dé matériau relient les deux faces de la fentes. Ces ponts évitent la perte de la partie extérieure du nez poreux dans le cas o l'érosion due à l'acier atteindrait la fente. Selon une autre caractéristique préférentielle l'espace libre présente une surface supérieure à la surface intérieure du nez poreux. Grace à cette caractéristique on augmente la surface de contact entre le gaz inerte et le matériau poreux. La section de passage offerte à ce gaz est donc augmentée. Par suite le débit du gaz est augmenté pour une même valeur de la contrepression. Selon une variante de réalisation l'espace laissé libre dans le bouchon poreux est constitué par un réseau de canaux, ou en d'autres termes un réseau maillé, prévu dans le matériau poreux. Il va de soi que la forme de l'espace libre n'est pas limitée à ces exemples mais peut être choisie librement en fonction des besoins de l'utilisateur et de l'application. Enfin, dans certains cas d'application, l'épaisseur du matériau poreux séparant la surface extérieure du-bouchon de l 'espace libre est choisie de manière à déterminer au moins une zone préférentielle de soufflage. En d'autres termes, la distance qui sépare l'espace libre, par exemple la fente, de la surface extérieure en nez poreux n'est pas constante. Elle peut être plus faible dans une zone donnée afin d'obtenir un débit de gaz plus grand dans cette zone, le passage du gaz étant facilité par la diminution dé l'épaisseur de paroi à 2.6 50520 traverser. De préférence l'espace libre est contenu entièrement dans le bouchon poreux afin d'éviter l'apparition de zones fragiles au niveau de la surface de liaison entre le nez poreux et le corps de la pièce. L'invention sera maintenant, décrite plus en détail en référence aux dessins annexés qui représentent seulement un mode d'exécution donné à titre illustratif. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue en coupe d'une quenouille comportant un nez poreux conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe d'une quenouille conforme à l'invention comportant un espace libre prévu dans le nez poreux; - la figure 3 est une -vue de détail qui montre un autre exemple de réalisation de l'espace libre; - la figure 4 représente une fente conformée de manière à créer une zone de soufflage préférentielle. - la figure 5 est une vue d'une forme de moulage permettant de réaliser un espace libre. On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe d'une quenouille destinée à réguler la coulée d'un liquide, par exemple un métal liquide conforme à un art antérieur connu (brevet US-A-4 791 978). Cette quenouille se compose d'un corps 2 de forme générale cylindrique e-_ d'un nez 4 situé à une extrémité inférieure du corps 2. Le corps est traversé par un canal longitudinal de passage 6. L'extrémité d'entrée du canal 6 est filetée de manière à adapter un raccord pour l'alimentation de la quenouille en un gaz inerte, par exemple l'argon. Le canal 6 se prolonge jusque dans le nez poreux 4 auquel il permet d'amener le gaz inerte. Le nez 4 présente par exemple une forme hémisphérique ou ogivale. On constate que dans cette réalisation,. la surface d'échange entre l'extrémité du canal de passage 6 et le nez poreux est réduite. De plus l'épaisseur de matériau poreux 4 qui doit être traversée par le gaz inerte est relativement importante, de l'ordre de 40 mm dans un exemple de réalisation courante. En conséquence, pour une quenouille de ce type, le débit d'argon obtenu à une température de 1500'C ne dépasse pas 8 Nl/mn pour une contrepression de 2.8 bar. Bien qu'un tel débit soit suffisant dans certains cas, il est dangereux de travailler avec une contrepression aussi élevée dans la quenouille et dans le système d'alimentation en gaz, comme on l'a expliqué précédemment. Il existe en effet des risques de fuite au niveau du raccord et des tuyaux, ainsi que des risques d'éclatement de la quenouille. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe d'une quenouille conforme & l'invention comportant un espace libre dans le matériau poreux. Elle se distingue de la quenouille de l'art antérieur représentée sur. la figure 1, par le fait qu'elle comporte un espace libre désigné par la référence 8 ménagé dans le matériau poreux constituant le nez 4. Dans l'exemple représenté, l'espace libre 8 est constitué par une fente de forme sensiblement hémisphérique ou ogivale et qui est sensiblement parallèle à la surface extérieure 9 du nez poreux 4. On remarque que des ponts 10 relient.l'un à l'autre les deux bords de la fente. Ces ponts évitent la perte de la partie extérieure du nez poreux dans le cas o l'érosion due à l'acier atteindrait la fente 8. On remarquera que la jonction 11 entre le matériau poreux et le matériau non-poreux n'est pas traversée par la fente 8 afin d'éviter d'affaiblir cette zone critique dans laquelle des contraintes sont présentes en raison de la nature légèrement différente des matériaux en contact. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, le sommet de la fente est tangent à la partie inférieure du canal de coulée 6. Ainsi l'espace libre 8 est alimenté en gaz directement par le canal de coulée 6, ainsi que par un certain nombre de passages radiaux 12 qui permettent d'alimenter l'autre extrémité de la fente. Toutefois,. il n'est pas nécessaire que la fente soit tangente à l'extrémité du canal de passage 6. Dans une variante de réalisation cette fente pourrait être incluse entièrement dans le matériau constituant le nez poreux. La fente 8 qui vient d'être décrite permet d'obtenir deux effets différents: - d'une part, elle diminue l'épaisseur de matériau poreux à traverser par le gaz - d'autre part, étant donné que la surface de la fente est supérieure à la surface de l'interface entre le canal de passage 6 et la partie intérieure du nez poreux 4, la surface d'échange est augmentée. Ces deux facteurs contribuent à augmenter le débit d'argon pour une même valeur de la contre pression. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation de l'invention dans laquelle l'espace libre au lieu d'être constitué par une fente sensiblement continue est un réseau maillé, désigné par la référence générale 108, obtenu au moyen d'un réseau ou filet de fils de cire qui sont éliminés lors de la cuisson. Dans cet exemple de réalisation la surface de l'espace libre est moins importante que dans l'exemple précédent. En conséquence, la surface d'échange avec le passage central 6 est également moins importante. Toutefois, l'avantage qui consiste à amener le gaz à proximité de la surface extérieure du nez poreux est conservé de telle sorte que le débit du gaz peut néanmoins être augmenté pour une valeur identique de la contre pression. Enfin on a représenté sur la figure 4 une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle la forme de l'espace libre a été conformée de manière à déterminer une zone préférentielle de soufflage 15. En d'autres termes, l'épaisseur de matériaux poreux à traverser par le gaz n'est pas sensiblement constante. Cette épaisseur est au contraire fortement diminuée dans une zone o on désire obtenir un soufflage préférentiel. Afin d'obtenir ce résultat, on modifie la forme de la fente dans la Zone désirée comme représenté sur la figure 4. Il va de soi que la forme de l'espace libre ne se limite pas aux deux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits mais qu'au contraire l'homme du métier peut adapter la forme de cet espace en fonction de ses besoins particuliers. La réalisation de la quenouille représentée sur les figures 2 à 4 est la suivante. On dispose sur un mandrin une forme de moulage 16 (voir figure 5) dont la forme correspond à la forme de l'espace libre 8 que l'on désire obtenir, par exemple une fente continue (fig 2), ou un réseau maillé (fig 3), ou toute autre forme souhaitée. Cette forme de moulage est réalisée en un matériau perdu, c'est a dire un matériau qui sera éliminé dans une étape ultérieure du procédé. En outre, des tiges de centrage 14 également réalisés en un matériau perdu assure le positionnement de la forme de moulage sur le mandrin de pressage. Ensuite, de manière. classique, le mandrin de pressage surmonté de la forme de moulage est placé dans une enveloppe de pressage qui est remplie tout d'abord de matériaux non-poreux puis de matériaux poreux. Apres pressage isostatique la quenouille est étuvée puis cuite dans un four. Au cours de l'opération d'étuvage et/ou de cuisson, la forme de moulage en cire est éliminée laissant en creux l'espace vide recherché ainsi que les canaux radiaux 12 pour le passage du gaz. Exemple: On a réalisé une quenouille conforme à l'invention comportant une fente du type de celle représentée sur la figure 2. Avec cette quenouille on a pu mesurer une augmentation du débit d'argon jusqu'à 20N1/mn à une température de 1500 C pour une contre-pression inférieure à 2 bar. Comme on le rappelle dans la partie introductive, pour une quenouille de l'art antérieur de dimension identique-, à la même température de 1500 C, il n'a pas été possible d'obtenir un débit d'argon supérieur à 8 Nl/mn pour une contre-pression de 2,8 bars. Cette comparaison montre par conséquent que l'invention permet de multiplier par 2 et davantage le débit d'argon. Bien que l'invention ait été décrite principalement en référence à une quenouille, elle s'applique également à toute pièce de coulée d'un fluide constituée d'une partie poreuse et d'une partie non poreuse. Elle s'applique ainsi avantageusement à une busette comportant à l'intérieur un manchon poreux pour l'injection d'un gaz. REVENDICATIONS 1. Quenouille de régulation de l'écoulement d'un liquide comportant un nez poreux (4) alimenté en gaz, caractérisé en ce que le nez poreux (4) comporte un espace libre (8,108) alimenté en gaz. 2. Quenouille selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'espace libre est une fente. 3. Quenouille selon la revendication i ou 2 caractérisée en ce que des ponts de matériaux (10) relient les deux faces de l'espace libre. 4. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'espace libre (8) présente une surface supérieure à la surface intérieure du nez poreux. 5. Quenouille selon la revendication 1 ou 3 caractérisée en ce que l'espace libre est un réseau de canaux (108) prévus dans le matériau poreux. 6. Quenouille selon l'une quelconque-des revendications 1 à 5. caractérisée en ce que l'épaisseur du matériau poreux séparant la surface extérieure du nez poreux (4) de l'espace libre est choisie de manière à déterminer au moins une zone préférentielle de soufflage (15). 7. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'espace (8,108) libre est contenu entièrement dans le nez poreux (4).