Brevet FR2701412A1 — publié le 19940819

Poche de coulée d'un nouveau toPe. La présente invention concerne une poche de coulée d'un nouveau type susceptible de se vidanger de manière automatique. Les poches de coulée bien connues à ce jour sont de deux types. On distingue en effet les poches dites à renversement dans lesquelles la coulée s'effectue par la partie supérieure de la poche après renversement par rotation autour d'un axe de cette dernière et les poches à quenouilles dans lesquelles la coulée s'effectue au contraire sans renversement par le fond de ladite poche au moyen de l'ouverture d'une trappe spéciale appelée quenouille. Ces poches présentent un certain nombre d'inconvénients. Elles sont tout d'abord coûteuses en entretien, elles engendrent un grand nombre d'incidents au cours de leur manipulation, elles sont également coûteuses en énergie en raison de la déperdition calorifique importante liée au fait qu'elles sont quasiment toujours ouvertes. Enfin, un dernier inconvénient non négligeable réside dans le fait qu'il est impossible d'une part, de commander à distance la vidange des poches, d'autre part, de gérer avec précision le flux ou le débit de la coulée, ce qui ne permet pas d'automatiser le remplissage des moules avec une précision suffisante. Des procédés pour maîtriser la coulée de la fonte d'un cubilot ou de l'avant-creuset au cubilot ont déjà été imaginés et sont notamment décrits dans les brevets FR-A-2.311.849 et FR-A2.420.573. Cependant, dans tous les cas, le système n'est pas entièrement autonome et n'est pas susceptible d'être déplacé d'un poste de fabrication à un autre poste de fabrication. Le but de la présente invention est donc de réaliser une poche de coulée d'un nouveau type, indépendante par rapport à tous les systèmes amont et aval de la fabrication, cette poche étant susceptible d'être vidangée à distance avec un flux régulé la rendant moins dangereuse sur le plan d'utilisation et d'être entretenue de manière simple et peu coûteuse. A cet effet, la présente invention a pour objet une poche de coulée du type comportant une enceinte de stockage dite creuset constituant le réservoir du métal en fusion, des moyens de remplissage et des moyens de vidange de ladite poche et des moyens de manutention de cette poche pour permettre son transport du four au moule à couler, caractérisée en ce que lesdits moyens de vidange sont constitués par un siphon dont le seuil supérieur de déversement est situé au-dessus du niveau maximal admissible du métal dans la poche, lesdits moyens de vidange coopérant avec des moyens d'obturation amovibles de la partie supérieure de l'enceinte qui assurent une étanchéité totale de ladite poche de manière à permettre une vidange automatique et régulée de ladite poche en refoulant, sous l'action de la pression supérieure à la pression atmosphérique obtenue par introduction d'un fluide gazeux dans ladite poche, le métal vers l'extérieur de ladite poche par écoulement du métal par dessus le seuil de déversement. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, applicable plus particulièrement pour les alliages légers, les moyens de vidange sont montés amovibles sur ladite poche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit et des dessins joints, lesquels description et dessins sont donnés surtout à titre d'exemple. Dans ces dessins la figure 1 représente une vue en coupe d'une poche de coulée plus particulièrement destinée à la coulée de la fonte, la figure 2 représente une vue en coupe d'une poche de coulée plus particulièrement destinée aux alliages legers, la figure 3 représente une vue en coupe de la poche de coulée de la figure 2 lors de son étape de remplissage, la figure 4 représente une vue en coupe de la poche de la figure 2 lors de l'étampe de traitement métallurgique, la figure 5 représente une vue en coupe de la poche de la figure 2 lors de l'étampe de vidange. La poche peut se présenter sous deux modes de réalisation différentes en fonction de son contenu. Ainsi, la figure 1 correspond à une poche destinée à la coulée de fonte ou d'acier alors que les figures 2 à 5 représentent une poche contenant de préférence des alliages légers. La poche de coulée, objet de l'invention conforme à la figure 1, se présente généralement sous forme d'une poche cylindrique à fond plat munie d'un couvercle démontable 5 afin de faciliter les réparations ou le reconditionnement total de la poche. Ce couvercle 5 est lui-même associé, sur un même plan, à un bouchon 6 dont le rôle sera décrit ci-après. Cette poche est garnie intérieurement de matériaux réfractaires. Généralement, en partant des parois, les couches successives de garnissage de ladite poche sont constituées par une isolation par carton isal ou similaire, une couche de béton isolant coulé avec gabarit. La composition des réfractaires, en particulier en alumine et en graphite est variable en pourcentage. Quant à l'épaisseur totale des réfractaires dans la poche, elle est variable et directement proportionnelle au volume de la poche sous pression. Cette poche comporte, en outre, des moyens de manutention en soi connus. Dans les exemples représentés aux figures 1 à 5, ces moyens de manutention sont constitués d'une part par des tunnels 4 disposés sous le fond de la poche et qui coopèrent avec des fourches d'un chariot élévateur ou de tout autre moyen de manutention, d'autre part, par des poignées latérales ménagées au voisinage du couvercle.Bien évidemment, on peut imaginer un grand nombre d'autres formes de réalisation de ces moyens de manutention. Le couvercle 5 est fixé sur le corps de ladite poche par clavetage 7. Ce couvercle comporte un perçage traversant ferme par un bouchon 6 qui revêt un grand nombre de fonctions. En effet, ce bouchon 6 permet d'utiliser la technique oxygaz qui permet de réguler la température à l'intérieur de la poche de manière à assurer le séchage du réfractaire après reconditionnement de la poche, le préchauffage de la poche avant sa première utilisation et le nettoyage de la poche en fin de service. Ce bouchon 6 est en outre associé à un système de mise sous pression de la poche. Ces moyens de mise sous pression de l'enceinte sont généralement constitués par un canal 10, relié de préférence par un raccord rapide à un dispositif pneumatique du type comportant une commande proportionnelle associée à un relais amplificateur volumétrique et une vanne d'échappement pilotée de manière à permettre soit une liaison de l'enceinte avec une source de gaz comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique, soit une liaison avec l'air ambiant ou avec une source de gaz inerte. Ce dispositif de mise sous pression de l'enceinte n'a pas été représenté en raison de ses caractéristiques déjà connues par tout homme de l'art. Les moyens de vidange d'une poche conforme à l'invention, plus particulièrement utilisés dans le cas de l'acier sont constitués par un siphon généralement ménagé dans les parois latérales de ladite poche comme le montre la figure 1. Ce siphon présente un seuil supérieur de déversement situé audessus du niveau maximal admissible du métal dans la poche. Le fonctionnement de ce siphon est le suivant : lorsque la poche est fermée de manière étanche au moyen du couvercle 7 fermé lui-même par le bouchon 6 et que cette poche est mise sous pression par l'intermédiaire du conduit d'amenée d'un gaz sous pression 10, on observe un refoulement du métal vers l'extérieur de ladite poche par écoulement du métal par dessus le seuil de déversement du siphon. On notera en outre quer dans le cas de la figure 1, les siphons de remplissage et de vidange peuvent être montés démontables de manière à faciliter la démolition des portions en réfractaire lors du reconditionnement de ladite poche. Dans la figure 1, ce siphon de vidange 2 est associé à un siphon de remplissage 3. Ce siphon de remplissage 3 est constitué d'un conduit interne ascendant dont l'ouverture à l'air libre est disposée au-dessus du seuil de déversement du siphon de vidange 2. On pourrait prévoir qu'un grand nombre de siphons, servant soit à la vidange, soit au remplissage de ladite poche, soient ainsi disposés sur les parois périphériques de la poche d'une manière circonférentielle. Dans le cas des figures 2 à 5, qui correspondent à des poches de coulée plus spécifiquement utilisées pour les alliages légers, les moyens de remplissage et de vidange de la poche sont différents et ce en raison du métal traité. Ils seront décrits ci-après. La poche de coulée destinée aux alliages légers se présente sous forme d'une enceinte 1 formée partiellement par un couvercle 7 lui-même percé d'un orifice devant être obturé par un bouchon 6 dont les fonctions et les formes sont diverses. A l'intérieur de l'enceinte 1 est disposé de manière amovible un creuset 11 qui vient reposer sur le fond de la poche. Ce creuset 11 comporte au voisinage de sa partie formant fond une ouverture 12 qui traverse également les parois de la poche 1 et permet la vidange totale du creuset. La poche est en outre équipée d'une deuxième ouverture 13 également ménagée au voisinage du fond de la poche qui constitue un dispositif de sécurité en cas de rupture du creuset pour permettre la vidange de la poche dans de bonnes conditions. Ce perçage est donc équipé d'un détecteur de présence de métal incorporé 14. Dans les parois de la poche 1, on dispose également à différents niveaux des capteurs de température 15. Les parois du creuset sont maintenues à température au moyen de résistances électriques 16 incorporées dans les parois de la poche . Enfin, entre le couvercle 7 et la partie supérieure du creuset 11 sont disposés des joints 18 qui assurent l'étanchéité de la liaison. Avec une telle configuration de poche, l'étape de remplissage représentée à la figure 3 s'effectue par le dessus. Un bouchon de remplissage 17 est placé à l'intérieur de l'ouverture du couvercle 7. Ce bouchon comporte une ouverture conique 22 affectant la forme d'un entonnoir par laquelle le métal est amené à l'intérieur du creuset 11. Une fois l'étape de remplissage terminée, l'étape de traitement du métal représentée à la figure 4 commence. Dans cette étape, le bouchon de remplissage 17 a été remplacé par un bouchon de traitement 18. Toutes les caractéristiques décrites ci-dessus sont généralement communes à toutes les poches indépendamment des métaux devant être traités. Seuls diffèrent dans ces poches les moyens de remplissage et de vidange desdites poches, ainsi que, bien évidemment, la durée et les modalités des traitements métallurgiques devant être mis en oeuvre. Ce bouchon de traitement comporte des oreilles d'accrochage qui coopèrent avec un palonnier pour faciliter sa manutention et comporte un certain nombre d'éléments tels que des éléments de maintien en température ou au contraire de chauffage ou de refroidissement et/ou des moyens d'agitation et/ou des moyens d'incorporation de produits d'addition en fonction du métal devant être retraité. Enfin, après le traitement du métal, le bouchon de traitement 18 est remplacé par un bouchon de vidange 19 intégrant un siphon 20. Ce bouchon de vidange comporte des moyens de manutention 21 similaires à ceux du bouchon de traitement. Il inclut en outre une entrée de gaz neutre 21 tel que de l'azote. Le dispositif d'alimentation en gaz du creuset en vue de sa mise sous pression est similaire à celui décrit pour la figure 1 et est incorporé dans le bouchon 19. il en est de même pour le processus de vidange qui s'effectue par siphonnage. Ce siphon affecte la forme d'un tube sensiblement en U avec une âme inclinée réalisée en deux tronçons 20a, 20b. Il est composé d'éléments en fibre céramique maintenus à température constante par des moyens électriques afin d'éviter au métal liquide de modifier sa structure en se refroidissant. En outre, pour éviter la formation de paillettes de métal en fin de vidange, il est prévu deux orifices d'injection de gaz, de préférence, un gaz neutre, au niveau d'une part, du tronçon 20a de l'âme, et d'autre part, de l'extrémité ouverte débouchant vers l'extérieur du siphon en 20c. Ces injections sont représentées par des flèches dans la figure 5. Ces injections de gaz limitent l'encrassage, en particulier l'oxydation du métal qui pourrait se produire au contact de l'air dans le siphon. On notera en outre que le siphon de vidange aboutit dans la partie basse extrême de la poche de manière à ne pas désamorcer le siphon. En effet, la vidange du creuset ne s'effectue pas en dessous de la limite, le siphon étant constitué d'un conduit interne ascendant dont l'ouverture à l'air libre est disposée au-dessus du seuil de déversement du siphon de vidange 2. Une fois l'opération de vidange terminée, un nouveau cycle peut débuter. On constate que, dans cette configuration, non seulement les moyens de vidange, mais également les moyens d'alimentation et les moyens de traitement sont montés amovibles sur ladite poche et sont combinés avec les moyens d'obturation de cette poche. Grâce à ce type de vidange utilisé dans les poches de coulée décrites ci-dessus, les conditions opératoires sont largement améliorées dans la mesure où la température périphérique aux alentours de la poche est de 300 dans un périmètre d'un mètre. En outre, on associe à cette amélioration des conditions de travail une augmentation de la sécurité puisque l'opérateur peut se trouver éloigné de la poche au moment de la commande de la coulée. Enfin, cette poche peut permette d'alimenter un carrousel en métal liquide dans des conditions optimales. REVENDICATIONS 1. Poche de coulée du type comportant une enceinte de stockage ou creuset (11) constituant le réservoir du métal en fusion, des moyens de remplissage (3, 18) et des moyens de vidange (2, 20) dudit creuset et des moyens de manutention (4) de cette poche pour permettre son transport du four au moule à couler et éventuellement des moyens de traitement du métal, caractérisée en ce que lesdits moyens de vidange (2, 20) sont constitués par un siphon dont le seuil supérieur de déversement est situé au-dessus du niveau maximal admissible du métal dans la poche, lesdits moyens de vidange coopérant avec des moyens d'obturation amovibles (6, 19) de la partie supérieure de l'enceinte délimitée par la poche qui assurent une étanchéité de ladite poche de manière à permettre une vidange automatique et régulée de ladite poche en refoulant, sous l'action de la pression supérieure à la pression atmosphérique obtenue par introduction d'un fluide gazeux dans ladite poche, le métal vers l'extérieur de ladite poche par écoulement du métal par dessus le seuil de déversement. 2. Poche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de vidange (20) sont montés amovibles sur ladite poche. 3. Poche selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de vidange (20) sont incorporés dans les moyens d'obturation de la partie supérieure de la poche et sont constitués par un bouchon (19) amovible fermant la poche, ce bouchon (19) comportant un orifice traversé par l'une des branches d'un tube sensiblement en U formant siphon, le reste du tube étant disposé à l'extérieur de la poche. 4. Poche selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de vidange sont constitués par au moins un siphon ménagé dans une paroi latérale de la poche. 5. Poche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de remplissage sont montés amovibles sur la poche. 6. Poche selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de remplissage sont incorporés dans les moyens d'obturation de la partie supérieure de l'enceinte et sont constitués par un bouchon (17) muni d'un perçage traversant (22) affectant la forme d'un entonnoir. 7. Poche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de remplissage du creuset sont constitués par un siphon ménagé dans l'une de parois latérales de l'enceinte, ce siphon étant constitué d'un conduit interne ascendant dont l'ouverture à l'air libre est disposé au-dessus du seuil de déversement du siphon de vidange (2). 8. Poche selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de traitement sont montés amovibles sur la poche. 9. Poche selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de traitement sont incorporés dans les moyens d'obturation de la partie supérieure de l'enceinte et sont constitués par un bouchon (18) comprenant un dispositif d'incorporation de produits d'additions tel qu'un injecteur doseur et/ou un dispositif de contrôle de température et éventuellement de maintien en température et/ou des moyens d'agitation du métal. 10. Poche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de mise sous pression de l'enceinte sont incorporés au moins partiellement dans les moyens d'obturation de l'enceinte et sont constitués en particulier par une canalisation (21) traversant ledit bouchon de vidange (19). 11. Poche selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de mise sous pression de l'enceinte sont constitués par un dispositif pneumatique du type comportant une commande proportionnelle associée à un relais amplificateur volumétrique et une vanne d'échappement pilotée de manière à permettre soit une liaison (10) de l'enceinte avec une source de gaz comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique soit une liaison avec l'air ambiant et/ou avec une atmosphère contrôlée.