Brevet FR2721325A1 — publié le 19951222

La présente invention concerne un dispositif permanent pour la vidange de rigoles d'appareils métallurgiques. Elle a également trait à l'utilisation d'un tel dispositif. Lors des arrêts de contrôle, de réfection ou d'urgence, les appareils d'élaboration ou de maintien de métaux liquides dont le système d'évacuation repose sur des chenaux ou rigoles de passage de flux liquides tels le métal, le laitier ou un mélange des deux, sont confrontés au problème de la vidange de ces canaux. Ainsi, par exemple, lors d'un arrêt de la coulée dans la rigole principale d'un hautfourneau pour un contrôle visuel de l'usure de la paroi réfractaire de la rigole notamment, si le chenal doit être totalement vidangé, il est d'une pratique courante d'offrir un passage au métal dans la dernière paroi, au niveau le plus bas, et de permettre l'évacuation de la masse liquide résiduelle par le trou pratiqué. Pour ce faire, il est nécessaire de recourir à une machine perforatrice munie d'un trépan capable de percer la masse de bouchage réfractaire installée dans le trou de vidange après la dernière opération de vidange. Pour être pleinement efficace, cette opération nécessite un perçage en alignement axial parfait, ce qui, en pratique et compte tenu des appareils existants, n'est jamais obtenu. Les inconvénients susceptibles d'être alors constatés sont multiples - le forage dévié endommage la paroi du trou et induit une fissuration et une dislocation du matériau réfractaire constituant le mur du chenal - la rotation du trépan se situant au bout d'une tige de longueur importante ne peut pas être parfaitement maîtrisée et le trou ainsi pratiqué accuse le plus souvent une forte conicité préjudiciable à sa fiabilité ultérieure, une fois celui ci rebouché;; - le plus souvent, l'utilisation du seul trépan ne permettant pas de mener l'opération à bon terme, il convient de finir le débouchage à l'aide d'une lance à oxygène, ce qui entraîne une détérioration importante du garnissage réfractaire environnant. Par ailleurs, il est difficile de repérer le trou de vidange à bonne hauteur de la rigole en perçant la paroi de celle-ci depuis l'extérieur. Au surplus, l'ensemble de l'opération qui nécessite un matériel lourd et onéreux, demande également une présence humaine importante dans des conditions de travail dont le caractère pénible et non exempt de danger est à souligner. Au caractère hasardeux du perçage s'ajoutent les risques d'une coulée à haute température, rapide et imprévue. ll serait donc manifestement souhaitable de pouvoir vidanger de tels appareils et des équipements similaires sans recourir à des opérations de perforation. ll serait également hautement souhaitable de pouvoir vidanger de tels équipements de manière extrêmement simple et dans la mesure du possible, de manière moins risquée. La présente invention a donc pour objet un dispositif permanent pour la vidange de rigoles d'appareils métallurgiques comprenant essentiellement: a) un bloc principal réfractaire muni d'une cavité traversante de forme sensiblement tronconique et de glissières de guidage, b) un insert réfractaire de forme sensiblement tronconique, pourvu sur toute sa longueur d'un canal interne, le cas échéant rempli partiellement ou totalement d'une masse d'obturation, et destiné à s'insérer dans la cavité ménagée au sein du bloc principal et c) une plaque d'obturation destinée à s'insérer dans les glissières de guidage du bloc principal. Le dispositif selon l'invention assure la présence continue d'éléments préfabriqués permettant la vidange d'une rigole d'appareil métallurgique sans recourir à des moyens extérieurs de perforation. En effet, lors de la réalisation de la rigole ou de la remise en état complète du mur de celleci dans lequel le dispositif en cause sera utilisé, le bloc principal est positionné et noyé dans la paroi réfractaire du mur, l'orifice de la cavité traversante qui présente la plus petite ouverture étant dirigé vers l'intérieur de la rigole. Cet orifice se trouvera donc, dans les conditions de fonctionnement, au contact du flux liquide. L'insert est ensuite introduit dans la cavité traversante du bloc principal qu'il épousera directement ou, le cas échéant, après avoir été enduit extérieurement d'une pâte réfractaire. La plaque vient alors se positionner de manière à obturer l'insert et à assurer la rigidité de l'ensemble. Avant la mise en fonctionnement de la rigole ainsi équipée, on vient remplir le canal intérieur de l'insert d'une masse d'obturation, réfractaire ou non, si cela n'a pas encore été accompli. Lors de la vidange de la rigole ainsi équipée, la plaque d'obturation est déposée. Le bouchon remplissant le canal intérieur de l'insert est évacué sous l'effet de la poussée des masses liquides résiduelles se trouvant alors dans la rigole. La vidange s'effectue ainsi naturellement. Après la vidange, l'insert peut être démonté et remplacé. Le montage de la plaque d'obturation et le remplissage du canal interne de l'insert par une nouvelle masse d'obturation sont alors réalisés comme indiqué ci-avant. L'invention a également pour objet une telle utilisation. Le dispositif selon l'invention sera mieux compris à la lumière de la description d'un mode de réalisation et des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique partielle de la rigole mère ou rigole principale d'un haut-fourneau, choisie à simple titre d'exemple, vue de dessus, dont la dernière paroi est équipée dans la zone d'écoulement maximal et au niveau le plus bas d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue de face de l'extrémité de la rigole mère, équipée d'un dispositif selon l'invention dont la plaque d'obturation a été déposée. La figure 3 est une coupe selon AA d'un dispositif selon l'invention dont la plaque d'obturation a été déposée. La figure 4 est une perspective éclatée d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 5 est une vue de dessus schématique partielle, en coupe, d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, dont l'insert et la plaque d'obturation ont été déposés. La figure 6 est une coupe schématique partielle selon BB de cet autre mode de réalisation. Dans l'ensemble des figures, des signes de référence identiques désignent des éléments similaires. Sur la figure 1, la direction du haut-fourneau est indiquée par une flèche F. Le produit liquide et à haute température s'écoulant du haut-fourneau dans la rigole mère (1) se sépare en deux flux liquides, un flux de laitier évacué par la rigole (2) et un flux de fonte évacuée par la rigole (4), après avoir rencontré sur son trajet un barrage ou siphon (3). Dans la zone basse (5) de la rigole mère est installé le dispositif (6) selon l'invention. Sur la figure 2 est représentée l'extrémité de la rigole mère, équipée d'un dispositif (6) selon l'invention dont on a déposé la plaque d'obturation. Le fond (7) de la rigole mère vient affleurer la partie inférieure du canal traversant l'insert. Sur la figure 4 est représenté un dispositif selon l'invention qui comprend un bloc principal réfractaire (10), un insert réfractaire (20) et une plaque d'obturation (30). Sur les figures 5 et 6 est représenté un mode d'exécution du bloc principal en deux parties distinctes et dont la partie antérieure (40), dirigée vers la face avant sera plus amplement décrite dans ce qui suit. Le bloc principal (10), qui peut être de forme quelconque, est avantageusement de forme sensiblement cylindrique (non représentée) ou parallélépipèdique. Au sein de celuici est ménagée une cavité traversante de forme sensiblement tronconique (11). Cette cavité débouche sur deux faces opposées du bloc principal, appelées respectivement, par convention, face arrière et face avant interne du bloc principal l'orifice (12) situé sur la face arrière en cause présente une ouverture de dimensions inférieures à celles de l'orifice (13) situé sur la face avant interne (14). La forme et les dimensions de la cavité (11) sont adaptées à celles de l'insert (20) que ladite cavité est destinée à accueillir. A proximité immédiate de la face avant interne (14) du bloc principal sont ménagées deux glissières de guidage (15a) et (15b) situées en vis à vis, s'étendant le long de ladite face avant et dirigées vers la face avant externe (16) du bloc en cause. Ces glissières forment ensemble un évidement de section sensiblement en T dont la forme et les dimensions sont adaptées à celles de la plaque d'obturation (30) qu'elles sont destinées à accueillir et autorisent l'introduction de l'insert (20) par l'évidement en cause qui interrompt la face avant externe (16) du bloc principal, de préférence sur toute sa hauteur. Pour faciliter la réalisation de l'ensemble des éléments et la mise en place du bloc principal, la cavité traversante (11) présente un axe de symétrie qui est perpendiculaire à la face arrière du bloc principal (10). Pour assurer un meilleur maintien du bloc principal (10) au sein du mur de rigole dans lequel il sera installé, une ou plusieurs réservations (17) sont ménagées sur la partie périphérique dudit bloc qui entoure la cavité traversante (11). Chaque réservation peut être continue ou discontinue. Selon une variante, le bloc principal présente une forme sensiblement parallélépipèdique; chacune des deux faces latérales sensiblement parallèles entre elles et sensiblement orthogonales à la face avant interne (14) dudit bloc principal est avantageusement munie d'au moins une réservation, respectivement (17a) et (17b). Ces réservations sont de préférence d'une part parallèles à l'arrête du dièdre formé par la face arrière du bloc principal et chacune des faces les portant et d'autre part situées en vis à vis.Selon une variante avantageuse, elles forment ensemble une réservation unique s'étendant sur chacune des deux faces concernées et sur la face (18) formant la base du bloc principal (10). Pour faciliter les opérations de pose et de dépose de la plaque d'obturation (30), la partie inférieure ou base (18) du bloc principal (10) peut comporter, en outre, à proximité immédiate de la face avant interne (14) dudit bloc principal et dans la zone délimitée par la face avant externe (16) et par chacune des deux parties ou faces latérales du bloc en cause, un décrochement (19) ou dans chacune des deux zones délimitées en outre par l'évidement en T qui s'étend sur toute la hauteur de ladite face avant externe, un décrochement, respectivement (19a) et (19b), le décrochement étant dirigé vers la partie ou face supérieure dudit bloc. L'insert réfractaire (20) de forme sensiblement tronconique est pourvu sur toute sa longueur d'un canal intérieur (21). La forme et les dimensions de l'insert sont adaptées à celles de la cavité traversante (11) ménagée dans le bloc principal (10) destinée à le recevoir, le cas échéant après en avoir enduit l'extérieur d'une pâte réfractaire. Selon un mode de réalisation avantageux, l'insert (20) et le canal (21) sont coaxiaux et, de préférence, le canal (21) présente une forme sensiblement tronconique dont la plus petite ouverture débouche sur la plus petite extrémité (22) de l'insert en cause. Pour faciliter la réalisation de l'ensemble des éléments et leur mise en place, chacune des deux extrémités de l'insert (20) est plane et perpendiculaire à l'axe de symétrie de celui-ci. L'insert (20), le cas échéant partiellement ou totalement préobturé, sera introduit dans la cavité traversante (11) par son extrémité (22) dont l'orifice présente le plus petit diamètre d'ouverture. A la périphérie de l'insert (20) peut être ménagée une dépouille qui préserve une partie saillante (24) formant une couronne à proximité de l'extrémité (23) dudit insert qui présente le plus grand diamètre d'ouverture. Une telle dépouille facilite la dépose de l'insert. Bien entendu, il convient alors de ménager un évidement de forme et de dimensions sensiblement correspondantes de la cavité traversante (11) du bloc principal, à proximité de la face avant interne (14) dudit bloc. Les dimensions d'ouverture de l'insert (20) et de la cavité traversante (11) du bloc principal adaptées comme indiqué ci-avant les unes aux autres, sont également adaptées à la dimension de la rigole que ces éléments seront amenés à équiper ; la dimension minimale de l'orifice dirigé vers le flux liquide sera avant tout dictée par le souci d'éviter tout risque d'obturation du canal par le gel du métal en cause à basse température en fin d'une campagne de production ; la dimension maximale des orifices sera avant tout dictée par le degré de contrôle du flux de métal liquide souhaité. La plaque d'obturation (30) présente une forme et des dimensions appropriées pour qu'elle puisse s'insérer dans les glissières de guidage (15a) et (15b) ménagées sur le bloc principal. En général, cette plaque de forme sensiblement parallèlépipèdique est dotée d'une épaisseur compatible avec la résistance mécanique attendue. Pour en faciliter l'introduction et la dépose, la plaque en cause peut comporter des pans coupés (31a) et (31b) ménagés respectivement dans la partie inférieure de chacun de ses côtés et/ou une boucle (32) dont la base est munie d'une tige encastrée dans la partie supérieure de ladite plaque. Le bloc principal (10) peut également être réalisé en au moins deux parties dont la forme et les dimensions respectives sont adaptées l'une à l'autre. La partie antérieure (40) qui peut être réalisée en un matériau similaire à ou distinct de celui constituant la partie postérieure (41), entoure les glissières (15a) et (15b). Cette partie (40) peut s'étendre sur toute la hauteur du bloc principal. Elle peut également se prolonger pour constituer la face avant externe (16) dudit bloc et/ou une tranche dudit bloc. La partie (40) présente sur sa face arrière (42) au moins une paire de décrochements formant saillie (43a) et (43b), avantageusement disposés de part et d'autre du plan de symétrie du bloc principal passant par l'axe de symétrie de la cavité traversante (11), et s'emboîtant dans les évidements correspondants ménagés sur la face antérieure de la partie (41). Pour assurer un meilleur maintien des parties (40) et (41), il est judicieux de munir l'ensemble de moyens d'ancrage (44a) et (44b) prenant naissance sur la face (42) et disposés dans les parties supérieure et inférieure du bloc principal, de part et d'autre de la cavité traversante (11). Comme indiqué ci-avant, au moins une partie des constituants essentiels du dispositif selon l'invention doit être réalisée en un ou des matériaux réfractaires. Toutefois, le dispositif en cause sera soumis lors de son utilisation non seulement à de hautes températures mais à divers facteurs connus de l'homme de l'art (dont la nature du liquide chaud s'écoulant dans la rigole à équiper) qui interviendront pour dicter le choix précis des matériaux réfractaires susceptibles d'être retenus. Le bloc principal (10) est avantageusement réalisé pour tout ou partie en un matériau réfractaire similaire ou identique à celui constituant la maçonnerie qui l'entourera dans la rigole à équiper et plus particulièrement à celui des matériaux constituant la couche d'usure de la rigole en cause. Lorsque celui-ci est réalisé en deux parties, la partie antérieure (40) peut être réalisée en un matériau réfractaire, en céramique ou en métal tel de l'acier ou de la fonte. L'insert réfractaire (20) sera, en condition de fonctionnement, soumis à une importante érosion à chaud. Il est recommandé de tenir compte de cette contrainte supplémentaire pour en choisir le matériau constitutif. Pour un bon fonctionnement de l'ensemble, la plaque (30) devra présenter une très bonne résistance mécanique et le matériau la constituant devra être doté d'un système de liaison compatible avec celui du matériau constituant le bloc principal (10) de telle sorte que ces deux éléments du dispositif selon l'invention jouent sensiblement de la même manière lors de la montée en température pour atteindre la température de régime. Chacun des constituants essentiels du dispositif selon l'invention peut être avantageusement réalisé par moulage de compositions réfractaires appropriées. A titre d'exemples de matériaux réfractaires susceptibles de convenir à la réalisation des constituants essentiels du dispositif en cause, on peut citer : la chaux, l'alumine, le carbone, le carbure de silicium, le zircon, la silice, la magnésie, la spinelle, le chrome et les mélanges de deux ou plusieurs de ces constituants. Si besoin est, il est possible d'enduire la partie externe de l'insert (20) qui sera en contact avec la cavité traversante (11) du bloc principal, d'une pâte réfractaire. Cette pâte sera avantageusement de composition voisine de celle du matériau frais ayant servi au moulage de l'insert en cause. Le choix parmi les divers matériaux, le dimensionnement précis de chaque élément essentiel du dispositif selon l'invention ainsi que la forme précise que celui prendra, sont avant tout dictés par les diverses contraintes présentes sur le site à équiper que l'homme de l'art sera à même d'apprécier. Comme indiqué en tête du présent mémoire, l'utilisation du dispositif selon l'invention nécessite une opération de bouchage du canal interne (21) de l'insert par une masse d'obturation. Cette opération peut être réalisée à tout moment, y compris immédiatement après la fabrication de l'insert en cause. A cette fin, il est possible d'utiliser n'importe quelle masse d'obturation à base de métal, de céramique ou de réfractaire. Le recours à un dispositif selon l'invention permet en outre une amélioration notable de la qualité de la vidange de la rigole qu'il équipe en supprimant au moins partiellement l'accrochage du métal sur le fond de ladite rigole. Le recours à un trépan n'étant plus nécessaire, on n'observe plus de fissures causées par les vibrations du trépan sur les parois de la rigole entourant le trou d'évacuation du métal liquide. REVENDICATIONS 1) Dispositif permanent pour la vidange de rigoles d'appareils métallurgiques comprenant essentiellement: a) un bloc principal réfractaire muni d'une cavité traversante de forme sensiblement tronconique et de glissières de guidage, b) un insert réfractaire de forme sensiblement tronconique, pourvu sur toute sa longueur d'un canal interne, le cas échéant rempli partiellement ou totalement d'une masse d'obturation, et destiné à s'insérer dans la cavité ménagée dans le bloc principal et c) une plaque d'obturation destinée à s'insérer dans les glissières de guidage du bloc principal. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par: a) un bloc principal réfractaire (10) muni d'une cavité traversante (11) de forme sensiblement tronconique et de glissières de guidage (15a) et (15b) en vis à vis et ménagées le long de la face avant interne (14) dudit bloc sur laquelle débouche l'orifice (13) de la cavité traversante présentant les plus grandes dimensions d'ouverture; b) un insert réfractaire (20) de forme sensiblement tronconique, dont la forme et les dimensions sont adaptées a celles de la cavité traversante (11) ménagée au sein du bloc principal (10), et qui est pourvu sur toute sa longueur d'un canal intérieur (21), le cas échéant rempli partiellement ou totalement d'une masse d'obturation, insert qui est destiné à s'introduire dans ladite cavité ; et c) une plaque d'obturation (30) de forme sensiblement palallèlépipédique, dont les dimensions sont adaptées à celles des glissières de guidage (15a) et (15b) ménagées dans le bloc principal (10). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie périphérique du bloc principal (10) qui entoure la cavité traversante (11) est munie d'au moins une réservation (17). 4) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc principal (10) présente une forme sensiblement parallélépipédique et en ce que chacune des deux faces latérales du bloc principal, orthogonales à la face avant interne (14) dudit bloc, est munie d'au moins une réservation, respectivement (17a) et (17b). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les réservations (17a) et (17b) sont en vis à vis et, de préférence, forment ensemble une réservation unique s'étendant sur chacune des faces latérales en cause et sur la face formant la base (18) du bloc principal. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal interne (21) de l'insert (20) est de forme sensiblement tronconique. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (20) et son canal interne (21) sont coaxiaux. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité traversante (11) du bloc principal présente un axe de symétrie qui est perpendiculaire à la face arrière dudit bloc sur laquelle débouche l'orifice (12) de la cavité traversante qui présente les plus petites dimensions d'ouverture. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la périphérie de l'insert (20) est ménagée une dépouille qui préserve une partie saillante (24) formant une couronne à proximité de l'extrémité (23) dudit insert qui présente les plus grandes dimensions d'ouverture et en ce qu'un évidement de forme et de dimensions sensiblement correspondantes est ménagé dans la cavité traversante (11) du bloc principal, à proximité de la face avant interne (14) dudit bloc. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les glissières de guidage (1 Sa) et (15b) ménagées sur le bloc principal sont dirigées vers la face avant externe (16) du bloc en cause et forment ensemble un évidement de section droite sensiblement en T, qui interrompt ladite face avant et dont la forme et les dimensions sont adaptées à celles de la plaque d'obturation (30) qu'il est destiné à accueillir et autorisent l'introduction de l'insert (20) par l'évidement en cause. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie inférieure ou base (18) du bloc principal (10) comporte, à proximité immédiate de la face avant interne (14) dudit bloc principal et dans la wne délimitée par la face avant externe (16) et par chacune des deux faces latérales du bloc en cause, un décrochement (19), dirigé vers la face supérieure dudit bloc. 12) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'évidement de section droite sensiblement en T interrompt la face avant externe (16) sur toute sa hauteur et en ce que la base (18) du bloc principal (10) comporte, à proximité immédiate de la face avant interne (14) dudit bloc principal et dans chacune des zones délimitées par l'évidement en T, par la face avant externe (16) et par chacune des deux faces latérales du bloc en cause, un décrochement, respectivement (19a) et (19b), dirigé vers la face supérieure dudit bloc. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc principal (10) comporte au moins deux parties (40) et (41) dont la forme et les dimensions sont adaptées l'une à l'autre ; la partie antérieure (40) entourant les glissières de guidage (15a) et (15b) présente sur sa face arrière (42) au moins une paire de décrochements (43a) et (43b) lesdits décrochements s'emboîtent dans les évidements correspondants ménagés sur la face antérieure de la partie (41). 14) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les décrochements (43a) et (43b) sont disposés de part et d'autre du plan de symétrie du bloc principal passant par l'axe de la cavité traversante (11). 15) Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la face arrière (42) de la partie antérieure (40) présente des moyens d'ancrage (44a) et (44b) disposés dans les parties supérieures et inférieures du bloc principal, de part et d'autre de la cavité traversante (11). 16) Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comme moyen permanent de la vidange de rigoles d'appareils métallurgiques. 17) Utilisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que, lors du montage: a) le bloc principal (10) est noyé dans la maçonnerie de la rigole à équiper, l'orifice (12) de la cavité traversante (11), qui présente les plus petites dimensions d'ouverture, étant dirigé vers l'intérieur de ladite rigole et positionné de telle sorte que le fond (7) de la rigole vienne affleurer la partie inférieure du canal interne (21) de l'insert (20); b) l'insert (20) est alors introduit dans la cavité traversante du bloc principal, le cas échéant après avoir été enduit en sa périphérie d'une pâte réfractaire c) la plaque d'obturation (30) est ensuite mise en place dans les glissières de guidage (15a) et (15b), et d) le canal interne (21) de l'insert est alors rempli, si cela n'est déjà fait, d'une masse d'obturation. 18) Utilisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que, lors de la vidange de la rigole: a) la plaque d'obturation (30) est déposée, b) la masse de bouchage remplissant le canal interne (21) de l'insert est expulsée naturellement et, c) le cas échéant, l'insert (20) est déposé.