Brevet FR2691164A1 — publié le 19931119

La présente invention a pour objet un outil de forage du trou de coulée d'un récipient métallurgique tel qu'un convertisseur sidérurgique, cet outil étant destiné à en extraire le garnissage réfractaire et les infiltrations métalliques déposés au cours des coulées successives de métal liquide. Ce garnissage réfractaire contient des infiltrations métalliques, par exemple d'acier dans le cas d'un convertisseur sidérurgique, qui accroissent la difficulté du forage et accélèrent la détérioration de la tête de travail. Pour procéder à ces forages, on a jusqu'à présent utilisé deux types d'outils : un trépan et une carotteuse. Le trépan comprend une tête de travail constituée par trois lames convenablement orientées, et son support peut être renforcé par une hélice. L'outil est entraîné en rotation et en poussée à l'une de ses extrémités, et de l'eau de refroidissement est injectée en partie centrale du trépan, au voisinage des lames de couple. Ce trépan présente un certain nombre d'inconvé- nients : il nécessite une puissance importante de mise en oeuvre pour permettre d'enlever la totalité du béton réfractaire constituant le garnissage ; les déchets ne sont pas totalement évacués du trou foré, la quantité d'eau de refroidissement nécessaire est très élevée, l'ensemble de l'outil manque de rigidité compte tenu de la longueur du trou de coulée, son poids est important, et la géométrie ainsi que l'aspect du trou foré sont aléatoires. La carotteuse comprend une tête de travail constituée par une couronne dentée en acier normal, dont les dents peuvent être rechargées apres usure par un acier dur (stellite) . Cette couronne est fixée sur un tube support, par exemple par un système tenon-mortaise. On constate que la denture de la couronne s'écrase progressivement au cours du forage, avec déformation des dents, en particulier lorsque celles-ci rencontrent des infiltrations métalliques telles que de l'a- cier dans un convertisseur. Il en résulte que cette couronne doit être remplacée de manière relativement fréquente. De plus les déchets sont recueillis à l'intérieur du tube qu'ils encombrent progressivement au cours du forage, gênant ainsi l'arrivée jusqu'à la couronne de travail de l'eau de refroidissement par l'intérieur du tube. Enfin le débit d'eau de refroidissement nécessaire est extrêmement élevé (par exemple 200 litres minute). L'invention a donc pour but de proposer un outil de forage grâce auquel ces inconvénients sont évités. L'outil de forage visé par l'invention comprend une tête rotative de travail et un support tubulaire de guidage de celle-ci, équipé de moyens de refroidissement. Conformément à l'invention, la tête de travail comporte des plaquettes dures disposées suivant un anneau dont le plan général est perpendiculaire à l'axe longitudinal de outil, et ces plaquettes dures sont orientées de manière que leurs surfaces et leurs arêtes d'attaque soient dans des plans contenant l'axe longitudinal ou voisins de celui-ci. Les plaquettes peuvent être réalisées en un matériau dur adapté, par exemple du carbure de tungstène. Elles résistent mieux à l'usure que les lames des trépans ou les dents des carotteuses utilisés précédemment. Suivant une particularité de l'invention, les plaquettes sont montées sur une couronne et séparées par des dégagements, ménagés dans la couronne, ayant des angles de dépouille déterminés. Ces dégagements permettent l'évacuation des déchets réfractaires au fur et à mesure de l'avancement du forage, tout en ne compromettant pas la solidité de la couronne de travail, grâce à des angles de dépouille compris entre des limites appropriées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le support tubulaire est une enveloppe à deux tubes concentriques, dont une extrémité est adaptée pour y permettre la fixation de la couronne, tandis que son extrémité opposée comporte un compartiment d'entrée d'un fluide de refroidissement dans l'espace intercalaire entre les deux tubes. Des canaux formés dans la couronne, communiquant avec cet espace intercalaire et débouchant sur la surface de la couronne au voisinage des plaquettes, complètent le système de refroidissement de l'outil D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en élévation en bout, à échelle réduite, d'une forme de réalisation de la tête de travail de l'outil de forage selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle suivant 2/2 de la Fiv.1. La figure 3 est une vue en coupe axiale de la tête de travail suivant 3/3 de la Fig.1. La figure 4 est une vue en coupe axiale avec arrachement, du support tubulaire suivant 4/4 de la Fig 5 La figure 5 est une vue en élévation en bout suivant la direction F du support tubulaire de la tête de travail représentée à la Fig.4. La figure 6 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'un détail de la Fig.5. La figure 7 est une vue en coupe transversale suivant 7/7 de la Fig.4. La figure 8 est une vue en coupe transversale suivant 8/8 de la Fiv.4 L'outil représenté aux dessins est destiné au forage, à des fins de réfection, du trou de coulée d'un récipient métallurgique non représenté, tel qu un convertisseur sidérurgique. Ce forage a pour but de dégager de la paroi du trou le garnissage constitué de béton réfractaire et d'infiltrations métalliques, qui s'y déposent progressivement au cours des coulées successives. L'outil comprend une tête de travail 1 (kit.1 et 2) et un support tubulaire 2, d'axe longitudinal XX commun avec celui de la tête 1, correspondant à la direction d'avancement de l'outil. L'ensemble peut être entraîné en rotation autour de l'axe XX et en poussée (flèche P, Fig.4), par des moyens connus en soi et non représentés. La tête de travail 1 comporte une couronne 3 d'axe XX, adaptée pour pouvoir être fixée sur l'extré- mité correspondante du support 2. Cette couronne 3 est équipée, sur sa face d'attaque, d'une série de plaquettes dures de coupe 4, régulièrement espacées les unes des autres. Les plaquettes 4, en nombre approprié par exemple neuf dans l'exemple représenté, sont ainsi disposées suivant un anneau dont le plan général est per pendiculaire à l'axe longitudinal XX, et elles sont orientées radialement, de manière que leurs surfaces 5 et leurs arêtes d'attaque 5a soient situées dans des plans contenant l'axe longitudinal XX ou des plans voisins de celui-ci. Les plaquettes 4 peuvent être solidarisées de manière amovible avec la couronne 3, par exemple au moyen de boulons 6.Des dégagements 7 sont ménagés dans la face d'attaque de la couronne 3, entre les plaquettes 4. Chaque dégagement 7 présente, en partant du côté du boulon 6 de fixation d'une plaquette 4, un plan incliné 8 ayant un angle de dépouille A par rapport au plan général de la face d'attaque de la couronne 3, et un fond arrondi 9 qui se raccorde au siège de la plaquette suivante 4. L'angle de dépouille A a une valeur appropriée, pouvant se situer de préférence entre 35 et 45" environ. En effet un angle trop important nuirait à la résistance mécanique de la couronne comme support des plaquettes 4. Dans la couronne 3 sont ménagés un ensemble de canaux 11 et 12 perforant la couronne de part en part, de préférence parallèlement à l'axe XX et débouchant dans les dégagements 7, par exemple à raison de deux canaux 11, 12 par dégagement, l'un débouchant sur le plan incliné 8 et l'autre dans le fond 9. Les canaux 11, 12 permettent l'injection d'un fluide de refroidissement des plaquettes 4 et de la couronne 4, par exemple de l'eau, ce fluide étant acheminé par le support tubulaire 2 d'une manière qui sera expliquée ci-après Dans la couronne 3 sont également percés des alésages 13, à raison par exemple d'un entre deux plaquettes 4 consécutives, affleurant la face inclinée 8. Ces alésages 13 sont prévus pour recevoir des organes de fixation de la couronne 3 au support 2 de guidage, par exemple des boulons non représentés. Le support tubulaire 2 (Fig.4 à 8) de la tête de travail 1 comprend une enveloppe à deux tubes concentriques 14, 15 séparés par un espace intercalaire 16, et dans lequel sont prévues des cales 17 d'espacement, soudées aux tubes 14, 15. L'extrémité avant du support 2 est adaptée pour y permettre la fixation de la couronne 3, de manière étanche au fluide de refroidissement. Ainsi dans l'exemple représenté, l'extrémité du tube extérieur 14 présente une portée cylindrique 10 adaptée pour servir de siège d'appui à une collerette périphérique 3a saillant de la face correspondante de la couronne 3. L'extrémité avant du support 2 est pourvue d'un collier 18 soudé aux tubes 14 et 15. Dans le collier 18 sont ménagés des trous taraudés 19 disposés en vis-à-vis des alésages 13, afin de permettre d'y visser les boulons (non représentés) d'assemblage de la couronne 3 au support 2. Des canaux 21, 22, débouchant dans l'espace intercalaire 16, sont de plus agencés entre les trous consécutifs 19, en vis-à-vis des canaux 11 et 12 correspondants de la couronne 3. La partie terminale du support 2 opposée à son extrémité avant 18 comprend un compartiment 23 d'entrée du fluide de refroidissement dans l'espace intercalaire 16. Ce compartiment 23 est délimité par un fond 20, fixé aux extrémités des tubes 14 et 15, par exemple par soudage comme représenté, et par un obturateur 24, constitué d'un disque fixé intérieurement au tube interne 15 du support 2, par exemple par soudage. La partie d'extrémité du tube intérieur 15 comprise entre l'obturateur 24 et le fond 20 est percée d'orifices 25 de communication entre le compartiment 23 et l'espace intercalaire 16.L'obturateur 24 est renforcé par plusieurs nervures radiales 26 formant raidisseurs, disposées en étoile autour d'un moyeu central 27 Ce dernier est fixé à l'obturateur 24 par tout moyen approprié, par exemple par soudage comme représenté, de même que les raidisseurs 26 au moyeu 27 Un intervalle 28 est réservé entre le moyeu 27 et le fond 20, lequel est percé d'une ouverture centrale 29 par laquelle le fluide de refroidissement peut être injecté dans le passage 28 et le compartiment 23. De là, le fluide est acheminé via les orifices 25, dans l'espace intercalaire 16, les canaux 21, 22 et 11, 12 jusqu'à la surface de la tête de travail 1. Le support 2 peut être avantageusement introduit, de manière coulissante, dans un palier 31 de guidage de l'ensemble de l'outil (1, 2) au fur et à mesure de sa progression à l'intérieur du trou de coulée. Le palier 31 prend appui sur un pied fixe 32. La mise en oeuvre de l'outil selon l'invention découle directement de la description ci-dessus. L'assemblage de la tête 1 et du suppo-rt 2 est obtenu en emboitant tout d'abord la couronne 3 au tube 14, par introduction de la collerette 3a sur l'épaulement 10, puis vissage étanche des boulons non représentés dans les alésages 13 et les trous 19. Le fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, est injecté dans le compartiment 23 à une pression appropriée, par exemple 3 bars. L'eau chemine comme expliqué ci-dessus jusqu'aux canaux terminaux 11 et 12 dans lesquels elle parvient à une pression de l'ordre de 3 ou 4 bars. Outre les avantages techniques déjà mentionnés de l'outil selon l'invention, celui-ci présente les suivants - le débit d'eau de refroidissement nécessaire est beau coup plus faible que celui exigé pour la carotteuse antérieure, grâce à la faible section des canaux 11 et 12 d'arrivée de l'eau sur la surface de la tête de travail 1. Ainsi le débit peut être réduit jusqu'à 90% environ par rapport à celui nécessaire pour la carotteuse utilisée jusqu'à présent. De plus l'eau de refroidissement est injectée dans les dégagements 7 de réception des déchets arrachés par les plaquettes de coupe 4, ce qui facilite considérablement leur évacuation. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et peut comporter de nombreuses variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1. Outil de forage du trou de coulée d'un récipient métallurgique, tel qu'un convertisseur, destiné à en dégager le garnissage et les infiltrations métalliques déposés au cours des coulées successives de métal liquide, comprenant une tête rotative (1) de travail et un support tubulaire (2) de guidage de celle-ci, équipé de moyens de refroidissement, caractérisé en ce que la tête de travail comporte des plaquettes dures (4) disposées suivant un anneau dont le plan général est perpendiculaire à l'axe longitudinal (XX) de l'outil, et ces plaquettes dures sont orientées de manière que leurs surfaces (5) et leurs arêtes (5a) d'attaque soient dans des plans contenant l'axe longitudinal (XX) ou voisins de celui-ci. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaquettes (4) sont montées sur une couronne (3) et séparées par des dégagements (7), ménagés dans la couronne, permettant l'évacuation des déchets du garnissage. 3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dégagement (7) présente une face plane (8) et un fond arrondi (9), la face plane (8) ayant sur le plan général de la couronne (3), transversal à l'axe (XX) de l'outil, un angle de dépouille (A) approprié, par exemple compris entre 35 et 45 degrés environ. 4. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couronne (3) est perforée de canaux (11, 12) débouchant sur sa face d'attaque de part et d'autre des plaquettes (4), et agencés pour pouvoir recevoir un fluide de refroidissement acheminé par le support tubulaire (2) de guidage de la tête de travail (1). 5. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support tubulaire (2) est une enveloppe à deux tubes concentriques (14, 15), dont une extrémité est adaptée pour y permettre la fixation étanche de la couronne, tandis que son extrémité opposée comporte un compartiment (23) d'entrée d'un fluide de refroidissement dans l'espace intercalaire (16) entre les deux tubes. 6. Outil selon les revendications 5 et 2, caractérisé en ce que l'espace intercalaire (16) est fermé, du côté de la couronne (3), par un collier (18) dans lequel sont agencés des canaux (21, 22) de liaison entre les canaux (11, 12) de refroidissement de la couronne et l'espace intercalaire du support. 7. Outil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le compartiment d'entrée (23) est limité par un obturateur diamétral (24) pourvu de raidisseurs radiaux (26). 8. Outil selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que des cales (17) d'espacement sont interposées entre les deux tubes concentriques (14, 15).