Brevet FR2713525A1 — publié le 19950616

PROCÉDÉ DE SERRAGE ISOSTATIQUE POUR PLAQUES DE FERMETURE A TIROIR ET AUTRE ELÊMEN'iS La présente invention concerne principalement les plaques et éléments céramiques employés dans les fermetures coulissantes destinées à la coulée des métaux liquides en général, et de l'acier en particulier. 11 est connu que l'irruption du métal liquide dans les orifices de coulée des éléments réfractaires provoque un choc thermique brutal qui entraîne en général des fissurations gênantes dont les effets sont entre autres la limitation des possibilités de réutilisation des différents éléments réfractaires, notamment les plaques - l'aspiration d'air ambiant au sein du métal en fusion, avec les risques de pollution par l'oxygène et l'azote qui en résultent A l'origine, les plaques des systèmes de fermetures à tiroir étaient maçonnées dans des logements usinés à l'intérieur du châssis et dans des coulisseaux très rigides. Les besoins de simplicité et de productivité ont conduit les constructeurs de fermetures à tiroir à développer des systèmes où les plaques sont préalablement enrobées de tôles plus ou moins épaisses, ce qui permet un assemblage rapide de type mécanique. L'inconvénient est que les réfractaires ne sont plus solidement "calés" et dès lors les fissures dues aux chocs thermiques ont tendance à s'ouvrir et à se propager. Cet état de fait s'est révélé particulièrement sensible lors de l'utilisation de plaques en zircone, dont les cycles de dilatation ne sont pas réversibles. Certains fabricants ont cherché à y remédier en installant autour de chaque plaque une sorte de bandage en acier épais, par une technique analogue au frettage : le bandage, dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de la plaque, est préalablement chauffé pour provoquer une augmentation de diamètre avant d'être positionné autour de la plaque. Lors du refroidissement il se produit un serrage de type "frettage thermique" qui induit des contraintes de compression dans la plaque et allège d'autant les tensions internes de travail (voir Fig. 1). L'inconvénient de cette méthode est que le niveau de la contrainte de compression dépend directement des dimensions relatives du bandage et de la plaque et de la précision avec laquelle elles sont réalisées. Par ailleurs, il apparaît clairement que seule une plaque ronde à trou central permet une parfaite répartition des contraintes. L'objet de la présente invention est un dispositif incorporé au support de la plaque, dans un système de fermeture à tiroir, et destiné à appliquer une contrainte régulière, perpendiculaire au bord de la plaque, sur tout le périmètre de la plaque, et de valeur contrôlée et réglable. La contrainte ainsi appliquée a pour but de maintenir les tensions internes de l'élément réfractaire ou céramique en deçà de ses limites de résistance élastique. Cette contrainte est réalisée par le décalage entre une structure fixe (1), de dimension constante entourant l'élément réfractaire (2), et d'une structure composée d'éléments fixes et mobiles (par exemple des rouleaux), disposée entre les deux (voir Fig. 2) . Tout décalage entre les rouleaux, provoqué par exemple par l'action sur le levier (3), engendre une contrainte de compression sur l'élément réfractaire (2), par le chevauchement des rouleaux qui tend à écarter (1) et (2). Plus le chevauchement des rouleaux est important, plus la contrainte de compression est forte sur l'élément réfractaire. Une variante possible est le déplacement des rouleaux mobiles à l'aide d'un pignon d'entraînement commandé par un moteur électrique. La Figure 3 représente l'application du dispositif dans le cas d'une plaque ronde à trou axial (cas le plus simple) : dans cette configuration, le pignon d'entraînement peut à la fois servir au serrage progressif de la plaque et, après verrouillage par un dispositif adéquat, à sa rotation sur elle-même, sans avoir recours aux solutions habituelles telles que méplats, encoches, etc., préjudiciable à la céramique. Cette méthode permet également de diminuer la contrainte de compression si nécessaire, après le premier choc thermique en début de coulée. La Figure 4 représente une autre variante de l'invention, appliquée au cas des plaques de tiroir linéaire à trou excentré : là encore, le dispositif permet d'assurer une contrainte constante sur tout le pourtour de la plaque, y compris sur les méplats, là où un frettage serait complètement inopérant. Le dispositif est adaptable à toutes les formes de plaques, et également à des assemblages composites avec insert autour du trou (Fig. 1, 3, 5, 6) ou de plaques contiguës (voir Fig. 6). Selon une variante de l'invention appliquée au cas de la plaque ronde à trou axial (voir Fig. 5), le dispositif est constitué d'une simple couronne (4) munie de bossages (ou patins) internes (5) en contact avec un ruban souple en acier spécial ou en fibre de carbone, muni également de bossages (ou patins) intermédiaires (6). L'ensemble peut facilement être logé à l'intérieur d'un caisson en acier rigide le protégeant des chocs et de la poussière et laissant libre la surface interne du ruban, qui vient en contact avec le pourtour de la plaque réfractaire : il va de soi que le jeu entre l'élément réfractaire et l'intérieur du dispositif doit être faible, de l'ordre de 1 mm maximum. En effet, étant donné que l'on est en présence de solides, un très faible déplacement radial des bossages intermédiaires fera croître très vite la contrainte de compression ; l'essentiel du déplacement radial sera donc consacré à rattraper le jeu entre le dispositif et la plaque réfractaire. La complication créée par l'insertion du présent dispositif de serrage à l'intérieur des mécanismes de fermeture à tiroir est largement compensée par la diminution sensible du coût des réfractaires consommables due à la suppression de la frette métallique. De plus, la possibilité d'adapter la contrainte de compression aux conditions de coulée et à la nature des réfractaires permet d'envisager une résistance optimum à la formation de fissures si préjudiciables à la tenue des réfractaires et à la qualité des aciers et des métaux en général. REVENDICATIONS 1. Support d'élément ou de plaque fixe ou mobile, notamment pour les fermetures coulissantes destinées à la coulée de liquides agressifs en particulier l'acier, caractérisé par le fait que deux ou plusieurs éléments qui entourent la plaque sont susceptibles, en se décalant l'un par rapport à l'autre, d'engendrer des contraintes de compression régulièrement réparties sur l'ensemble du pourtour de la plaque. 2. Dispositif suivant la Revendication 1 caractérisé par le fait que les contraintes de compression appliquées aux plaques sont variables et ajustables selon les besoins, par le choix approprié de différentes valeurs de décalage entre les éléments qui entourent la plaque. 3. Dispositif suivant les Revendications 1 & 2, caractérisé par le fait que l'élément extérieur de dimensions fixes est actionné par un levier ou un engrenage (Fig. 2), une cale, un système de cales ou tout autre moyen approprié, permettant d'ajuster l'écartement ou la valeur du décalage entre les éléments, de manière à engendrer une contrainte de compression plus ou moins grande. 4. Dispositif suivant les Revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la plaque n'est pas de forme ronde et que les dispositifs de rouleaux (ou patins) sont adaptés à la forme de la plaque (Fig. 4 & 6). 5. Dispositif suivant les Revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que la plaque réfractaire est constituée 2 ou plusieurs éléments juxtaposés (Fig. 6). 6. Dispositif suivant les Revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que, dans le cas d'une plaque ronde tournante, le dispositif est bloqué après sa mise en pression, et sert à assurer la rotation de la plaque. 7. Dispositif suivants les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les structures composées de rouleaux et patins sont remplacées par 2 rubans souples, notamment en fibre de carbone ou tout autre matériau adéquat, munis de bossages opposés et en contact, dont le décalage produit le même effet. 8. Dispositif suivant les Revendications 1 à 7, caractérisé par son application à d'autres dispositifs où un serrage homogène est requis sur tout le pourtour d'une surface plane ou non, à symétrie axiale ou non (canalisations diverses, pressage, etc.).