Brevet FR2713524A1 — publié le 19950616

PLAQUES ET ELDN COMPOSTES POUR FERMIIUR À TIROIR ET AUTRES DISPOSITIEsS 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. Parmi les dispositifs permettant de procéder à la vidange des conteneurs de métaux liquides comme l'acier, l'un des plus répandus est celui dit à tiroir. Celui-ci consiste essentiellement à faire glisser l'une sur l'autre deux plaques en matériau approprié, réfractaire dans le cas des métaux liquides. L'une de ces plaques est fixe, l'autre mobile ; elles sont munies d'un orifice de diamètre approprié. La coïncidence plus ou moins grande des orifices permet de régler le débit. Leur non coïncidence stoppe la vidange. Le déplacement relatif des plaques peut être linéaire ou rotatif: - dans le premier cas, le ou les orifices de la plaque mobile se déplace suivant une droite - dans le second cas, le ou les orifices de la plaque mobile se déplace suivant un cercle I1 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, et en mettant un insert de haute qualité autour de l'orifice de coulée. Finalement il est apparu que la forme ronde à trou axiale était la forme optimale pour la réalisation de plaques destinées à équiper des fermetures à tiroir à déplacement linéaire : seule cette forme permet une dilatation harmonieuse du réfractaire, aussi bien pour l'insert central que pour le matériau d'entourage. Il est également nécessaire, en cours d'utilisation, de faire pivoter la plaque sur elle-même autour de son axe, afin de répartir l'usure provoquée par le passage du métal liquide tout autour de l'orifice de coulée. On peut ainsi imaginer, par des rotations adéquates, garder un orifice de coulée bien rond et non ovale comme c'est le cas pour tous les systèmes connus. Néanmoins, si l'on veut éviter d'avoir à réaliser des plaques de diamètre excessif, il faut limiter la course du système et se contenter d'un écart entre les positions extrêmes des axes équivalent à environ 1,5 fois le diamètre de coulée. Si les performances des plaques rondes à trou axial permettent de travailler avec une course réduite, les utilisateurs, en particulier les aciéristes, aimeraient disposer d'une marge de sécurité supplémentaire. En effet, il arrive qu'un mauvais montage, l'inadaptation de la qualité du réfractaire de la plaque aux conditions de coulées ou une usure excessive de celle-ci, usure due par exemple à des réutilisations trop nombreuses, conduise à un début d'infiltration (appelé "languette") entre les plaques. L'acier cherche alors un chemin pour s'échapper à l'extérieur et provoquer ainsi une infiltration, puis une percée, dont les conséquences peuvent être très graves. Dans une telle situation il est utile de disposer d'une "réserve" de course pour le tiroir, de manière à décaler rapidement l'orifice d'arrivée de la plaque fixe et l'orifice d'évacuation de la plaque mobile, stoppant ainsi le début d'infiltration : en mettant en coïncidence des surfaces de réfractaire non encore utilisées, l'étanchéité est rétablie et l'infiltration stoppée. La présente invention a pour but de garder un diamètre raisonnable aux plaques rondes à trou axial, tout en assurant une réserve de sécurité. Pour ce faire, une plaque réfractaire de forme adéquate est juxtaposée au contact de la plaque ronde, dans l'axe de coulissement du système (voir Fig. 1). Pendant la coulée, l'ensemble des deux plaques coulisse normalement, et la zone de régulation est figurée par la position 4 de la Figure 1, la plaque ronde restant libre de tourner sur elle-même. Au moment de la fermeture, l'orifice d'alimentation de la plaque supérieure est positionné en 5. En cas de début d'infiltration, le vérin qui sert au déplacement de l'ensemble des deux plaques positionnera rapidement l'orifice de la plaque supérieure en (6) ; la plaque de sécurité (6) étant neuve, l'étanchéité sera immédiatement rétablie et l'infiltration arrêtée. Lors du démontage, la plaque de sécurité sera remplacée si elle est abîmée, de manière à garder intacte la sécurité de fonctionnement de l'ensemble. Le joint existant entre la plaque de travail et la plaque complémentaire de sécurité devra être suffisamment fin pour ne pas créer de problème lors du passage de la position (5) à (6): cela ne pose pas de problème en l'état actuel des techniques de fabrication. Cette conception conduit à un autre développement de l'idée de base de la présente invention, à savoir la réalisation de plaques par éléments juxtaposés (voir Fig. 2). Une telle conception représentée par la Figure 2, conduit à réaliser non plus des plaques complètes, mais des familles d'éléments standards, qui se juxtaposent, de manière à réaliser des plaques de dimensions variables. L'insert central garantit l'étanchéité au voisinage de l'orifice de coulée, tandis que le cerclage extérieur presse les éléments les uns contre les autres, formant un assemblage rigide. Les avantages d'une telle conception sont: - facilité de fabrication - meilleur pressage des éléments, dont la taille est réduite - suppression des contraintes thermiques internes et des fissures puisque les joints jouent le rôle de "pièges" à contraintes La conception de plaques réfractaires par éléments juxtaposés est adaptable à tous les types de fermetures à tiroir linéaires et rotatives. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fermeture à tiroir destiné à la coulée des métaux liquides, en particulier l'acier, caractérisé par la présence d'un ou plusieurs éléments réfractaires de sécurité juxtaposés à l'une ou plusieurs des plaques du dispositif, et destinés à assurer l'étanchéité du dispositif lors de la fermeture de celui-ci. 2. Dispositif suivant la Revendication 1 caractérisé par le fait que l'élément réfractaire de sécurité est situé sur l'axe de coulissement du système, dans la direction de la fermeture (Fig. 1). 3. Dispositif suivant les Revendications 1 & 2, caractérisé par le fait que l'élément réfractaire de sécurité présente une forme appropriée de manière à ne présenter qu'un joint minime avec la plaque du système existant et qu'il est maintenu fermement en contact avec celle-ci par un support adéquat. 4. Dispositif suivant les Revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que dans le cas de plaques rondes l'élément réfractaire de sécurité permet la rotation de celles-ci (Fig. 1). 5. Dispositif suivant les Revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que l'élément réfractaire de sécurité n'est changé qu'en fonction de son utilisation, lors de fermetures d'urgence, et que sa durée de vie est donc plus longue et indépendante de celle des plaques normales. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 4 et 5, caractérisé par le fait que la plaque principale est de dimension minimale, nécessaire pour assurer la fonction de régulation du débit, les fonctions d'ouverture et de fermeture étant systématiquement assurées par l'élément additionnel de sécurité. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 4 et 5, caractérisé par le fait que l'élément réfractaire de sécurité peut être adapté à d'autres types de plaques, non rondes, et à d'autres systèmes de fermeture à tiroir. 8. Dispositif suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait que les plaques utilisées dans les systèmes de fermeture à tiroir sont réalisées par juxtaposition d'éléments réfractaires appartenant à un nombre limité de familles de formes et permettant de réaliser différentes tailles de plaques autour d'un insert central monobloc (voir Fig. 2). 9. Dispositif suivant les Revendications 1 et 7, caractérisé par le fait que les différents éléments réfractaires constituant la plaque sont maintenus fermement assemblés par un cerclage ou tout autre dispositif adéquat (voir Fig. 2)