Brevet FR2732916A1 — publié le 19961018

TIROIR ETANCHE AUX GAZ POUR CONTENEUR METALLURGIOUE. La présente invention concerne un tiroir étanche aux gaz pour conteneur métallurgique. Plus précisément, I'invention concerne un tiroir pour un conteneur métallurgique tel qu'une poche ou un répartiteur d'aciérie, comprenant - un châssis monté sous le fond du conteneur éventuellement par l'intermédiaire d'une plaque de base solidaire de ce conteneur métallurgique - au moins une plaque fixe et au moins une plaque mobile montée dans le châssis - des moyens de mise en pression des plaques réfractaires - des moyens d'actionnement pour déplacer la plaque mobile par rapport à la plaque fixe. Pour couler du métal liquide, notamment de l'acier d'un conteneur dans un autre, par exemple d'une poche de coulée dans un répartiteur, ou d'un répartiteur dans un moule de coulée continue, on utilise un chenal de coulée constitué d'un orifice, appelé busette interne, prévu dans le fond du conteneur amont, d'un dispositif de régulation/fermeture appelé tiroir et d'un tube de protection de jet plongeant dans le bain de métal liquide du conteneur inférieur ou aval. Le tiroir est constitué d'au moins deux plaques réfractaires percées d'au moins un orifice, une plaque supérieure fixe et liée à la busette interne, et plaque mobile qui glisse sous pression contre la plaque supérieure. En contrôlant le décalage entre le (les) trous de la plaque fixe et le (les) trous de la plaque mobile, on régule et on arrête le jet d'acier liquide. D'autres plaques peuvent être ajoutées par exemple si l'on désire que la partie inférieure du chenal de coulée reste fixe par rapport au conteneur aval. Dans ces tiroirs, la partie du chenal de coulée qui se trouve en aval de l'étranglement formé par le décalage des trous des plaques réfractaires est en dépression par rapport à l'atmosphère par suite de l'effet venturi. C'est pourquoi une aspiration d'air se produit dès que le chenal de coulée n'est pas parfaitement étanche. Ceci se produit fréquemment à la jonction entre les différentes plaques du tiroir et entre la busette collectrice et le tube de protection de jet dans le cas d'une poche. Dans le cas d'un répartiteur qui utilise un ensemble plaque/busette immergée, une aspiration d'air peut se produire entre la plaque inférieure du tiroir et la plaque de l'ensemble plaque/busette immergée. L'aspiration d'air a pour conséquence une oxydation du métal qui entraîne une dégradation de sa qualité finale. Afin de remédier à cet inconvénient, il est connu de prévoir une ou des rainures à la surface des plaques réfractaires. Ces rainures forment un canal autour du trou de coulée dans le plan de joint des plaques. Ce canal peut-être alimenté en un gaz neutre, généralement de l'argon, à une pression supérieure à la pression atmosphérique afin de garantir que le gaz éventuellement aspiré soit un gaz neutre, et non de l'air qui oxyderait l'acier. Le canal peut également être raccordé à une source de vide. On peut également prévoir simultanément plusieurs canaux, les uns raccordés à une source de gaz neutre, les autres à une source de vide. Cette pratique comporte plusieurs inconvénients. Il est nécessaire de prévoir des plaques plus grandes afin de laisser une place suffisante pour y placer le canal. En conséquence, le coût de fabrication de ces plaques est augmenté. De plus, en cas de fissures dans les plaques, la protection assurée par le canal se révèle insuffisante. La mesure de la pression et du flux d'argon permet difficilement de contrôler l'efficacité de la protection. Selon un autre art antérieur connu, on entoure le tiroir d'une boîte destinée à former une enveloppe dans laquelle on injecte un gaz neutre. Mais cette technique ne permet d'obtenir qu'une étanchéité très rudimentaire et la consommation de gaz nécessaire pour y maintenir une surpression, même faible, est très importante. Ce procédé est donc désavantageux d'un point de vue économique. La présente invention a pour objet un tiroir étanche aux gaz pour conteneur métallurgique qui remédie à ces inconvénients. Le tiroir est réalisé de manière à constituer, au moins lorsqu'il est monté sous le fond du conteneur, une enceinte étanche qui entoure les plaques réfractaires. Grâce à cette caractéristique, les plaques sont isolées de l'atmosphère extérieure et placées dans un milieu qui peut être facilement contrôlé (gaz neutre, vide, etc.) L'efficacité de la protection est donc améliorée. La dimension des plaques peut-être réduite parce qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un espace pour placer le canal Leur coût de fabrication est donc diminué. De préférence, ladite enceinte étanche est alimentée en gaz neutre. La pression d'alimentation est typiquement comprise entre 0.05 et 0. 1 bar. Ainsi le gaz neutre entoure complètement les plaques au lieu d'être amené à un endroit précis de ces plaques. L'état de l'étanchéité est facile à contrôler. Après montage du tiroir sur le conteneur, et avant la coulée, on peut mesurer la pression et le débit du gaz neutre introduit dans l'enceinte. Le débit de gaz nécessaire pour maintenir une pression déterminée fournit un indicateur précis du niveau d'étanchéité de l'enceinte. Pendant la coulée, on mesure à nouveau la pression et le débit L'augmentation éventuelle du débit de gaz correspond au débit aspiré entre les plaques. Selon une variante de réalisation l'enceinte étanche est mise en dépression par rapport à la pression atmosphérique. Selon une réalisation particulière, le tiroir comporte trois plaques, respectivement une plaque supérieure fixe, une plaque intermédiaire mobile et une plaque inférieure fixe, et un cadre de plaque inférieure dans lequel est montée la plaque inférieure fixe, ce cadre étant mobile verticalement par rapport au châssis, et en ce que les moyens de mise en pression s'appliquent sur le cadre de plaque inférieure. De préférence le cadre de plaque inférieure présente une forme sans angles, convexe. De préférence une étanchéité aux gaz est assurée entre le châssis et le cadre de plaque inférieure au moyen d'un joint notamment un joint à haute température tel qu'un joint de fibres imprégnées de carbone. De préférence le cadre de plaque inférieure est situé dans une ouverture du châssis, cette ouverture présentant une entrée évasée qui facilite la mise en place du joint d'étanchéité. De préférence les moyens d'actionnement de ladite au moins une plaque mobile sont constitués par un vérin comportant un tige reliée à un cadre qui entoure la plaque mobile, la plaque mobile étant libre verticalement par rapport au cadre, et ce cadre guidé avec précision dans le châssis, de telle sorte que l'on peut prévoir une faible tolérance d'usinage pour le trou de la tige du vérin, une étanchéité étant réalisée entre la tige du vérin et le châssis au moyen d'un joint situé dans une gorge du châssis. De préférence les moyens de mise en pression sont constitués par des leviers ayant une extrémité appliquée sur le cadre de plaque inférieure, ces leviers étant appliqués par des moyens élastiques tels que des ressorts placés à l'extérieur du châssis et éloignés des zones de haute température. De préférence le tiroir comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre la plaque fixe et la plaque de base. De préférence le tiroir comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre une plaque inférieure fixe et le cadre de plaque inférieure. Selon une réalisation particulière le tiroir comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre le châssis et la plaque de base. De préférence le tiroir comporte un ensemble plaque/busette immergée, une rainure étant prévue à la jonction entre la face supérieure de la plaque de l'ensemble plaque/busette immergée et la face inférieure de la plaque inférieure fixe, cette rainure étant alimentée en un gaz neutre par un chenal qui la met en communication avec l'atmosphère intérieure de l'enceinte. De préférence le tiroir comporte des trous d'accès à l'intérieur de l'enceinte, trous obturés par des bouchons D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la figure l est une vue d'ensemble en coupe d'un tiroir conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue de détail de l'étanchéité entre le châssis et le cadre de plaque inférieure; - la figure 3 est une vue de détail de l'étanchéité entre le châssis et la tige d'un vérin d'entraînement d'une plaque mobile, On a représenté sur la figure l une vue d'ensemble en coupe d'un tiroir destiné à un répartiteur.Le fond l du répartiteur est muni d'une plaque de base 2 fixée en permanence au répartiteur pour recevoir le tiroir, désigné par la référence générale 4. Le tiroir 4 est constitué d'un châssis 6 fixé sous la plaque de base par des moyens conventionnels (non représentés). Dans l'exemple décrit, il renferme trois plaques, à savoir de haut en bas, une plaque supérieure fixe 8, une plaque intermédiaire mobile 10, et une plaque inférieure fixe 12. La plaque supérieure fixe 8 est reliée à une busette interne 9 (ou réalisée d'une seule pièce avec cette busette). La busette traverse la plaque de base. Elle est cimentée au revêtement réfractaire du répartiteur (non représenté). Dans l'exemple décrit, la plaque supérieure fixe 8 et la busette interne 9 sont protégées par une enveloppe métallique. La plaque mobile 10 est entourée par un cadre 26. Ce cadre est connecté à la tige 28 d'un vérin 30. Le vérin 30 permet, de manière classique, de déplacer la plaque inférieure mobile 10 entre les deux plaques fixes afin d'ajuster le débit d'acier liquide ou de l'arrêter complètement. Un trou 32 est prévu dans le châssis 6 pour laisser passer la tige du vérin. D'autres trous dans le châssis 6 peuvent être nécessaires, en particulier des trous filetés 36 pour des vis 38 qui permettent de fixer les plaques fixes et/ou mobiles depuis l'extérieur du tiroir 4. Des trous d'accès peuvent également être prévus pour permettre un accès à l'intérieur de l'enceinte, par exemple à des vis situées dans l'enceinte. Ces trous sont obturés par un bouchon. On notera une particularité du tiroir de l'invention. Dans un tiroir classique, les réfractaires sont mis en place grâce à une porte qui s'ouvre vers le bas du tiroir. Au contraire, le tiroir de l'invention ne possède pas de porte. Son châssis 6 est grand ouvert vers le haut. Les réfractaires sont mis en place par le haut avant que le châssis 6 ne soit fixé sous la plaque de base. Les réfractaires sont libres de toute pression. On a libre accès pour ôter et échanger les réfractaires usagés et les remplacer par des réfractaires neufs. Comme les plaques réfractaires ne peuvent pas être fabriquées avec des tolérances précises, il est nécessaire de pouvoir les presser indépendamment du châssis 6 qui est lui même serré contre la plaque de base. A cette fin, la plaque inférieure fixe 12 repose sur un cadre de plaque inférieure 14 qui est monté coulissant dans le châssis 6 à la manière d'un piston afin de pouvoir se déplacer verticalement par rapport à lui. Ce cadre permet ainsi de prendre en compte les variations de hauteur de la pile de plaques réfractaires, compte tenu de leur tolérances de fabrication. Le cadre de plaque inférieure 14 est poussé vers le haut par des leviers 16 articulés sur des vis à tête sphérique 18 vissées dans le châssis 6. A leur extrémité la plus éloignée du cadre de plaque inférieure 14, les leviers sont poussés par des ressorts 20 eux aussi montés sur le châssis 6. Lorsqu'on assemble le châssis 6 sur la plaque de base, on comprime les ressorts 20 ce qui assure ipso facto la mise en pression des plaques. On notera aussi que les ressorts 20 sont à l'air libre. Ils sont déportés à l'extérieur de l'enceinte et éloignés des sources de chaleur comme le chenal de coulée ou la surface de l'acier liquide dans le moule. Ainsi il n'est pas nécessaire de les refroidir, et leur durée de vie est augmentée. On constate ainsi que le volume délimité par le châssis 6 et la plaque de base 2 autour des plaques réfractaires comporte, outre le joint entre la plaque de base 2 et l'ouverture du châssis 6 nécessaire pour permettre l'accès aux plaques et leur changement en cas d'usure, des orifices qui sont nécessaires au fonctionnement du tiroir. Ces orifices sont à la partie supérieure, un trou pour le passage de la busette interne , à la partie inférieure, un trou pour le passage du chenal de coulée vers le conteneur inférieur; et l'ouverture qui permet le coulissement de cadre de plaque inférieure 14; en d'autre endroits du châssis 6 des accès pour d'éventuels systèmes de blocage de position des plaques fixes dans le châssis 6, ainsi que le trou de passage de la tige du vérin, ou des tiges des vérins s'il y a en plusieurs. L'objet de la présente invention est de prévoir le tiroir de manière à ce que l'ensemble de ces ouvertures puissent etre obturées de manière étanche afin de constituer une enceinte étanche. La surface de contact du tiroir 4 sur la plaque de base est usinée de manière à s'adapter parfaitement à la surface du châssis afin d'assurer une surface de liaison étanche continue et fermée. Si nécessaire, on peut améliorer encore l'étanchéité entre le tiroir 4 et la plaque de base 2 en prévoyant un joint, par exemple un joint torique (non représenté) logé dans une gorge du châssis 6 ou de la plaque de base, ou un joint plat. On a prévu la plaque supérieure fixe 8 et la plaque de base 2 de manière à former une ligne continue fermée de contact entre la face supérieur de la plaque supérieure fixe et la face inférieure de la plaque de base. De la même manière, on a prévu la face inférieure de la plaque fixe 12 et la face supérieure du cadre de plaque inférieure 14 de manière à former une ligne continue fermée de contact. La pression donnée par les leviers et les ressorts, qui constituent les moyens de mise en pression de l'invention, garantissent une étanchéité entre la plaque de base et la plaque supérieure, ainsi qu'entre la plaque inférieure fixe 12 et le cadre de plaque inférieure 14. Ainsi, lorsque le châssis 6 est boulonné sur la plaque de base 2, les trois plaques 8,10,12 sont serrées de manière étanche l'une contre l'autre entre la plaque de base 2 et le cadre de plaque inférieure 14. Afin de renforcer l'étanchéité entre la plaque supérieure fixe 8 et la plaque de base, ainsi que l'étanchéité entre la plaque inférieure fixe 12 et le cadre de plaque inférieure 14 on peut prévoir un joint, par exemple un joint de papier, de fibres ou de tout autre matériau convenable. La forme extérieure du cadre 14 correspond exactement, à un jeu de fonctionnement près, à une ouverture du châssis 6 dans laquelle il est monté. Le jeu nécessaire entre le châssis 6 et le cadre de plaque inférieure 14 est d'environ 1 mm. Afin d'assurer une jonction étanche entre ces deux pièces, on a prévu (voir figure 2) un joint d'étanchéité 22 monté dans une gorge du cadre de plaque inférieure 14. Ce joint est de préférence un joint à haute température, par exemple un joint de fibres imprégnées de carbone. Une entrée évasée 24, par exemple conique, facilite la mise en place du joint 22. L'entrée 24 aide à comprimer le joint 22 lorsque le cadre de plaque inférieure 14 est mis en place dans le châssis 6. La section du cadre de plaque inférieure 14 est de préférence convexe, de manière à ne présenter aucun angle vif qui rendrait plus délicate la réalisation de l'étanchéité avec le châssis 6. En ce qui concerne la tige 28 du vérin, le diamètre du trou prévu pour son passage est ajusté de manière à réduire le jeu le plus possible. A cette fin, la plaque mobile 10 est montée dans le cadre 26 de manière à pouvoir se déplacer en hauteur. Ainsi le cadre 26 peut être guidé avec précision dans le châssis 6, si bien qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une large tolérance pour le trou de la tige du vérin, comme cela se fait habituellement. S'il y a deux vérins, on prévoit un trou de passage pour chaque tige. Un joint d'étanchéité 34, par exemple un joint du même type que le joint 22, peut être logé dans une rainure formée dans le châssis 6 L'étanchéité obtenue lorsque les vis 38 sont serrées est suffisante pour qu'il ne soit pas nécessaire de prévoir de joint d'étanchéité. L'enceinte fermée n'est pas soumise à une circulation d'air. L'atmosphère intérieure est plus chaude et surtout plus homogène. Les gradients thermiques dans les plaques sont diminues On a ainsi réalisé une enceinte étanche grâce à la reduction de ouvertures vers l'extérieur et à la suppression des passages importants. Toutes les ouvertures du châssis 6 sont conçues de manière à être réduites et par conséquent facilement obturable de façon étanche. L'étanchéité est encore améliorée par la présence de joints. L'enceinte étanche entoure les plaques réfractaires.Les plaques réfractaires sont protégées des réactions avec l'air (oxydation, décarburation, dénitruration, etc) Un gaz neutre est introduit dans l'enceinte déterminée par l'espace intérieur étanche du châssis 6 au moyen d'une conduite d'amenée telle que la conduite 40 raccordée à une source de gaz 42. Cette conduite peut être placée en un endroit quelconque du châssis 6 ou de la plaque de base. La pression à l'intérieur de l'enceinte est maintenue légèrement supérieure à la pression atmosphérique, par exemple avec une surpression de 0,1 bar. En raison de l'étanchéité très satisfaisante du tiroir 4 la quantité de gaz nécessaire pour maintenir cette surpression ne dépassera pas quelques litres par minute, ce qui est peu coûteux économiquement. Il est possible que l'on souhaite introduire un gaz neutre en un point particulier du chenal de coulée, comme cela se fait de manière classique. Ceci peut être fait en ménageant un conduit d'amenée qui traverse l'enceinte et relié à un raccord sur la paroi extérieure du châssis 6. La mesure du débit du fluide et de la pression dans le châssis 6 donne une estimation exacte de l'étanchéité du volume intérieur. Au cours de la coulée, une augmentation de débit indique que la quantité de gaz neutre aspirée par le chenal de coulée. Dans l'exemple de réalisation représenté, un ensemble plaque/busette immergée 50 est fixé sous la plaque inférieure fixe 12. On veut que cet ensemble puisse être changé facilement et rapidement pendant la coulée. Pour cette raison, la surface de jonction entre la plaque 46 de l'ensemble plaque/busette immergée et la plaque inférieure fixe 12 ne comporte pas de protection contre les infiltrations d'air. C'est pourquoi on a prévu une rainure 48 autour du chenal de coulée, dans la plaque 46 ou dans la plaque inférieure fixe 12. Cette rainure 48 est alimentée en gaz neutre par un conduit 52 qui la met en communication avec l'atmosphère intérieure de l'enceinte. Cette solution représente une simplification des dispositif connus. Elle apporte par conséquent un gain de fiabilité. Dans l'exemple décrit, on a une quatrième plaque tube qui n'est pas enfermée dans l'enceinte du fait qu'on souhaite la changer facilement pendant la coulée. En variante on peut prévoir d'agrandir l'enceinte étanche de manière à enfermer aussi la quatrième plaque. On prévoit deux portes, respectivement une porte montée à l'entrée de la glissière du changement de tube, et une autre porte à la sortie de cette glissière. Pour changer un tube, on ouvre la porte d'entrée, on introduit le tube, et on referme la porte. L'atmosphère de l'enceinte étanche est donc ouverte seulement pendant cette durée. Pour sortir le tube usagé, on opère de même avec la porte de sortie. Cette solution rend l'enceinte moins étanche et nécessite des moyens particuliers pour actionner les portes. II est également possible d'enfermer la quatrième plaque dans une enceinte qui lui est propre, et qui possède des portes d'entrée et de sortie. Ainsi on ne rompt pas l'étanchéité de l'enceinte principale, mais des moyens particuliers d'actionnement des portes restent nécessaires. REVENDICATIONS 1. Tiroir pour un conteneur métallurgique tel qu'une poche ou un répartiteur d'aciérie, comprenant - un châssis (6) monté sous le fond du conteneur éventuellement par l'intermédiaire d'une plaque de base solidaire de ce conteneur métallurgique; - au moins une plaque fixe (8) et au moins une plaque mobile (10) montée dans le châssis (6); - des moyens de mise en pression des plaques réfractaires (8,10,12); - des moyens d'actionnement pour déplacer la plaque mobile (10) par rapport à la plaque fixe (8); caractérisé en ce qu'il est réalisé de manière à constituer, au moins lorsqu'il est monté sous le fond du conteneur, une enceinte étanche qui entoure les plaques réfractaires (8,10,12). 2. Tiroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte étanche est alimentée en gaz neutre. 3. Tiroir selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enceinte étanche est alimentée en gaz neutre sous une pression comprise entre 0,05 et 0,1 bar. 4. Tiroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte étanche est mise en dépression par rapport à la pression atmosphérique. 5. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce qu'il comporte trois plaques, respectivement une plaque supérieure fixe (8), une plaque intermédiaire mobile (10) et une plaque inférieure fixe (12), et un cadre de plaque inférieure (14) dans lequel est montée la plaque inférieure fixe (12), ce cadre étant mobile verticalement par rapport au châssis (6), et en ce que les moyens de mise en pression s'appliquent sur le cadre de plaque inférieure (14). 6. Tiroir selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cadre de plaque inférieure (14) présente une forme sans angles, convexe. 7. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une étanchéité aux gaz est assurée entre le châssis (6) et le cadre de plaque inférieure (14) au moyen d'un joint, notamment un joint à haute température tel qu'un joint de fibres imprégnées de carbone. 8. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le cadre de plaque inférieure (14) est situé dans une ouverture du châssis (6), cette ouverture présentant une entrée évasée qui facilite la mise en place du joint d'étanchéité. 9. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de mise en pression sont constitués par des leviers ayant une extrémité appliquée sur le cadre de plaque inférieure (14), ces leviers étant appliqués par des moyens élastiques tels que des ressorts (20) placés à l'extérieur du châssis (6) et éloignés des zones de haute température. 10. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement de ladite au moins une plaque mobile (10) sont constitués par un vérin (30) comportant une tige (28) reliée à un cadre qui entoure la plaque mobile (10), la plaque mobile (10) étant libre verticalement par rapport au cadre (26), et ce cadre (26) guidé avec précision dans le châssis (6), de telle sorte que l'on peut prévoir une faible tolérance d'usinage pour le trou de la tige du vérin, une étanchéité étant réalisée entre la tige (28) du vérin et le châssis (6) au moyen d'un joint situé dans une gorge du châssis (6). 11. Tiroir selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre la plaque fixe (8) et la plaque de base. 1 1 Tiroir selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre la plaque fixe (8) et la plaque de base. 12. Tiroir selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre une plaque inférieure fixe et le cadre de plaque inférieure (14). 13. Tiroir selon l'une quelconque des revendications I à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité, par exemple un joint torique ou un joint plat, entre le châssis (6) et la plaque de base. 14. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des trous d'accès à l'intérieur de l'enceinte, trous obturés par des bouchons. 15. Tiroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble plaque/busette immergée, une rainure (48) étant prévue à la jonction entre la face supérieure de la plaque de l'ensemble plaque/busette immergée et la face inférieure de la plaque inférieure fixe, cette rainure étant alimentée en un gaz neutre par un chenal (52) qui la met en communication avec l'atmosphère intérieure de l'enceinte.