Brevet FR2787871A1 — publié le 20000630

L'invention concerne le garnissage des parois intérieures d'une cuve cylindrique avec un matériau pulvérulent. En particulier, l'invention concerne le garnissage de fours à creuset à induction électrique avec un 5 matériau réfractaire pulvérulent. Depuis une trentaine d'années, la fusion de la fonte et de l'acier s'effectue de plus en plus par le biais de l'utilisation de tels fours à creuset à induction électrique. Jusqu'à présent, la protection réfractaire de ces fours est réalisée en grande partie de façon manuelle. Le matériau réfractaire pulvérulent utilisé pour le garnissage de tels fours est à base de silice broyée du fait de la très grande capacité de celle-ci à absorber les chocs15 thermiques; sont également utilisés des mélanges réfractaires tels que alumines, magnésie, etc.... L'opération de garnissage manuelle requiert la présence de personnel à l'intérieur du four pour niveler le matériau réfractaire pulvérulent déposé dans le fond du four de façon à former20 une couche régulière de ce matériau sur la sole du four et pour dégazer et compacter cette couche de matériau réfractaire pulvérulent. Une fois le fond du four garni, un gabarit est calé sur le fond du four afin de constituer le garnissage de la paroi cylindrique du four. Cette seconde25 opération de garnissage requiert la présence de personnel pour verser le matériau réfractaire pulvérulent dans l'espace vide entre le gabarit et la paroi cylindrique du four et pour dégazer et compacter ce matériau au fur et à mesure qu'il remplit l'espace vide. 30 Ces opérations manuelles de garnissage sont longues, pénibles et exposent le personnel aux risques de silicose du fait de la présence de poussières siliceuses cristallines qui sont toxiques. En plus ces opérations sont coûteuses car elles mobilisent un personnel nombreux. 35 L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une machine apte à garnir de façon automatique 2 2787871 les parois intérieures d'une cuve et en particulier d'un four à creuset à induction électrique avec un matériau pulvérulent, en particulier, un matériau réfractaire pulvérulent. 5 A cet effet, l'invention a pour objet une machine pour garnir d'un matériau pulvérulent les parois d'une cuve cylindrique, comprenant une structure support rotative autour d'un axe qui est destinée à être installée au-dessus de la cuve de façon à surplomber la sole de la cuve et10 incluant un déversoir tubulaire rigide destiné à être alimenté en matériau pulvérulent et s'étendant radialement par rapport audit axe pour déposer le matériau pulvérulent dans la cuve sur une zone sensiblement annulaire, un arbre suspendu à la structure support rotative et s'étendant15 suivant ledit axe et coaxialement à la cuve quand la structure support surplombe la sole de la cuve, une raclette solidaire d'une extrémité libre de l'arbre et s'étendant perpendiculairement à celui-ci sur une longueur au moins égale au rayon de la sole pour former par nivelage au-dessus de la sole de la cuve une couche régulière dudit matériau pulvérulent, et un système de traction d'une sangle qui s'étend suivant ledit axe à distance de celui- ci et à laquelle est fixé un peigne de forte masse ayant une pluralité de dents, ce système de traction étant solidaire25 de la structure support rotative et étant destiné à transmettre au peigne, par l'intermédiaire de la sangle, un mouvement cyclique de translation de haut en bas et de bas en haut de telle sorte que par un mouvement rotatif de la structure support combiné au mouvement cyclique de30 translation de haut en bas et de bas en haut du peigne, les dents du peigne pénètrent la couche de matériau pulvérulent formée sur la sole de la cuve ou à l'intérieur d'un espace vide défini entre la paroi cylindrique de la cuve et un gabarit monté coaxialement à celle-ci dans la cuve, pour35 dégazer et compacter automatiquement cette couche de matériau pulvérulent. 3 2787871 Une telle machine est destinée à être utilisée pour garnir des fours à creuset à induction électrique de toutes capacités de métal. Par exemple, un garnissage manuel d'un four d'une capacité de 16 tonnes demande entre 5 et 6 heures 5 de travail. En utilisant la machine selon l'invention, le garnissage du même four demande environ 3 heures. Le déversoir est alimenté par exemple par une vis d'Archimède motorisée munie d'une trémie. Le produit pulvérulent peut être conditionné en sacs qui sont éventrés10 sur la trémie munie d'une grille ou en containers souples, d'une tonne par exemple, pouvant être manoeuvrés par un palan et vidés au-dessus de la trémie ce qui contribue à réduire la manutention du matériau pulvérulent. Selon un mode de réalisation particulier de la machine selon l'invention, un système d'aspiration est monté sur la structure support rotative pour aspirer la poussière dans le fond de la cuve en même temps que la couche de matériau pulvérulent est disposée et nivelée par exemple dans le fond de la cuve ce qui contribue à réduire les risques de maladie20 pour le personnel travaillant à proximité de la machine. La machine selon l'invention est polyvalente. En effet, le déversoir rotatif sert également à constituer le garnissage de la paroi cylindrique de la cuve. Un gabarit cylindrique ou légèrement tronconique est disposé centré sur25 la sole. Un axe fixé sur le support rotatif permet le positionnement du gabarit grâce à un croisillon de centrage. Ainsi, le support rotatif assure la dépose régulière du produit pulvérulent tout en maintenant en position fixe le gabarit de montage. Dans cette opération, le système de30 traction équipé d'un peigne spécifique est également utilisé pour dégazer et compacter automatiquement le matériau pulvérulent qui est déversé dans l'espace entre le gabarit posé dans le fond de la cuve et la paroi cylindrique de celle-ci.35 Ainsi, avec la machine selon l'invention, le garnissage réfractaire d'un four à creuset à induction 4 2787871 électrique ne requiert plus la présence de personnel à proximité immédiate du four. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation de celle-ci illustré sur les dessins. La figure 1 montre très schématiquement la machine selon l'invention en poste devant une cuve cylindrique pour une opération de garnissage du fond de la cuve.10 La figure 2 montre très schématiquement la machine selon l'invention en poste devant la cuve de la figure 1 pour une opération de garnissage de la paroi cylindrique de la cuve. La figure 3 montre très schématiquement, une vue de face selon une coupe longitudinale, de l'agencement du système de dégazage de la machine selon l'invention. La figure 4 montre très schématiquement, une vue de côté selon deux coupes longitudinales partielles I-I et II- II, le système de dégazage montré sur la figure 3.20 La figure 5 est une vue de dessous très schématique d'un peigne de forte masse utilisé pour dégazer et compacter la couche de matériau pulvérulent dans le fond de la cuve. La figure 6 est une vue de dessous très schématique d'un autre peigne de forte masse utilisé pour dégazer et compacter le matériau pulvérulent constituant le garnissage de la paroi cylindrique de la cuve. Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques. Figure 1, la machine de garnissage selon l'invention est montrée installée pour réaliser une première opération de garnissage, cette première opération consistant à garnir la sole circulaire 1 d'une cuve 2 qui pourrait être un four à creuset à induction électrique. La machine comprend une structure support 3 qui surplombe la sole 1 de la cuve et dont la partie inférieure 3A en forme de T est rotative autour d'un axe A qui doit 2787871 être coaxial à la cuve cylindrique lors du fonctionnement de la machine pour réaliser la première opération de garnissage. La partie inférieure 3A de la structure support inclut un déversoir tubulaire rigide 4 alimenté en matériau pulvérulent. Le déversoir tubulaire 4 est incliné vers le bas par rapport à l'axe A et s'étend radialement par rapport à celui- ci pour canaliser le matériau pulvérulent dans une zone proche du bord périphérique de la cuve. La structure support 3 et donc le déversoir 4 est alimentée par une vis d'Archimède 5 motorisée. Comme visible sur la figure 1, une extrémité de la vis 5 est raccordée à une trémie 6 d'alimentation en matériau pulvérulent 7 tandis que l'autre extrémité de la vis supporte la structure 3 au-15 dessus de la cuve. La vis 5 est montée sur une platine 8 fixée à un socle s'étendant horizontalement au niveau de l'ouverture de la cuve 2. Il faut comprendre que la partie inférieure 3A de la structure support 3 est rotative dans un plan parallèle à la sole 1 de la cuve de sorte que, par l'effet de cette rotation, le matériau pulvérulent peut être déposé par le déversoir 4 sur une zone annulaire coaxiale à la sole 1 de la cuve et située sur la périphérie de la sole ce qui, comme25 on le verra par la suite, permet de réaliser automatiquement le garnissage de la paroi cylindrique de la cuve. La rotation de cette partie inférieure 3A est assurée par un moteur électrique non représenté. Figure 1, la machine comprend encore un arbre 9 qui est suspendu à la structure support rotative 3A et qui s'étend coaxialement à l'intérieur de la cuve et perpendiculairement au plan de rotation de la structure support rotative 3A. L'arbre 9 est de préférence fixé à la structure rotative 3A par des brides à leviers 10 de façon à35 pouvoir être facilement détaché de celle-ci. L'arbre 9 est 6 2787871 solidaire en rotation de la partie inférieure rotative 3A de la structure support 3. L'arbre 9 sert à porter une raclette de nivelage du matériau pulvérulent versé dans le fond de la cuve et à guider un peigne d'aération et de compactage du matériau pulvérulent dans le fond de la cuve. Plus particulièrement, une raclette 11 est fixée à l'extrémité libre de l'arbre 9 de façon à s'étendre perpendiculairement à celui-ci et parallèlement à la sole 110 de la cuve. La raclette 11 a une longueur au moins égale au rayon de la sole de façon à pouvoir niveler le matériau pulvérulent déposé dans le fond de la cuve sur l'ensemble de la surface de la sole. La machine comprend encore un système de traction 12 d'une sangle 13 à laquelle est fixé un peigne de forte masse 14. Ce système de traction 12 est monté sur la structure support rotative 3A et plus particulièrement sur une poutre fixée au déversoir 4 de telle façon que la sangle 13 s'étende suivant l'axe A à l'intérieur de la cuve à20 proximité de la paroi cylindrique 44 de la cuve, c'est-à- dire à une distance de l'axe A inférieure de quelques centimètres au diamètre de la cuve. La platine 8 est articulée en rotation autour d'un axe B parallèle à l'axe A de l'arbre 9 et en translation suivant une direction perpendiculaire à l'arbre 9 de sorte à permettre un réglage très précis de la position de la structure support rotative et donc de l'arbre 9 par rapport à la sole de la cuve. En effet, pendant les opérations de garnissage de la cuve, il est important que la structure support rotative reste coaxiale à la sole circulaire 1 de la cuve 2. Le système de traction 12 est destiné à transmettre au peigne 14, par l'intermédiaire de la sangle 13, un mouvement cyclique de translation de haut en bas et de bas en haut au-35 dessus de la sole de la cuve. 7 2787871 Le peigne 14 montré sur la figure i est également montré en vue de dessous sur la figure 5. Il est constitué d'un corps en forme de secteur angulaire qui porte une pluralité de dents pointues 15 d'une vingtaine de 5 centimètres. La partie d'extrémité rétrécie du secteur formant le corps du peigne 14 est solidaire d'un collier 16 qui entoure l'arbre 9 et qui coulisse sur celui-ci. Le corps du peigne 14 s'étend sur une longueur sensiblement égale au rayon de la sole 1 de la cuve comme visible sur la figure 1.10 Dans le montage de la figure 1, l'extrémité de la sangle 13 solidaire du peigne 14 est dédoublée, un brin de la sangle 13 étant fixé à l'extrémité du peigne la plus éloignée de l'arbre 9 et l'autre brin de la sangle 13 étant fixé à l'extrémité du peigne la plus proche de l'arbre 9 qui15 correspond à l'extrémité du peigne solidaire du collier 16. Cet autre brin de la sangle 13 est par ailleurs guidé par une structure à poulies 18 solidaire de l'arbre 9 pour tirer verticalement le peigne 14. Comme visible sur la figure 1, le peigne 14 coulisse le long de l'arbre entre la structure20 à poulies 18 et la raclette 11. A noter que le bon fonctionnement de la machine requiert que le peigne 14 soit décalé angulairement de la raclette 11, ce décalage angulaire pouvant être obtenu en positionnant correctement le système de traction 12 sur la25 poutre 18. Un flexible tubulaire 19 est raccordé à la sortie du déversoir 4 pour amener le matériau pulvérulent dans le fond de la cuve et de préférence dans une zone proche du centre de la sole 1. Par ailleurs, un bras rigide est fixé à la30 partie inférieure 3A de la structure support pour tenir un flexible tubulaire 20 d'un système d'aspiration (non représenté), le flexible tubulaire 20 étant descendu également dans le fond de la cuve de façon à aspirer les poussières formées dans le fond de ia cuve lors du déversement du matériau pulvérulent. 8 2787871 Figures 3 et 4, le système de traction 12 comprend deux vérins 30 et 31, par exemple des vérins pneumatiques ou hydrauliques, disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre et espacés l'un de l'autre le long de la poutre 18. 5 Les tiges respectives 32 et 33 des vérins 30,31 sont solidarisées à une extrémité à la poutre 18 de sorte que ces vérins s'étendent verticalement sous la poutre. Une première poulie folle 34 est disposée entre les deux vérins de telle sorte que son axe de rotation C s'étende perpendiculairement10 aux tiges des vérins. L'axe de rotation C de la poulie 34 est par ailleurs solidaire du corps des vérins 30,31 de manière qu'en faisant entrer et sortir les tiges des vérins dans les corps des vérins, on obtient un mouvement de translation de haut en bas et de bas en haut de la poulie15 34. La sangle 13 est enroulée sur la poulie 34 et se déroule par l'action du poids du peigne suspendu à l'extrémité libre de la sangle. Pour bloquer la rotation de la poulie dans le sens du déroulement de la sangle, il est prévu une autre poulie 35 coaxiale à la poulie 34 et solidaire de celle-ci sur laquelle s'engage un câble 36 dont une extrémité est fixée au bâti 37 qui porte les poulies 34,35 et dont l'autre extrémité est reliée à la tige d'un vérin frein fixé au bâti 37. Par ailleurs, un ressort de rappel 39 est monté dans le moyeu de la poulie 34 pour la forcer à enrouler automatiquement le mou de la sangle 13 lorsque celle-ci ne subit pas la traction exercée par le poids du peigne. Les vérins 30,31 et 38 sont commandés par une unité de commande (non représentée) pour faire fonctionner le système de traction de la façon suivante à partir d'une position o le peigne est suspendu en l'air à l'extrémité de la sangle 13. L'unité de commande agit sur le vérin frein 38 pour détendre le câble 36 et libérer la poulie 35 ce qui fait que la sangle 13 se déroule sous l'action du poids du peigne.35 L'unité de commande agit ensuite sur les vérins 30 et 31 pour déplacer en translation vers le bas la poulie 34. Le 9 2787871 mou de la sangle 13 est repris par la poulie 34 sous l'action du ressort de rappel 39. L'unité de commande agit ensuite sur le vérin frein 38 pour bloquer la poulie 35 en tirant sur le câble 36 ce qui bloque la rotation de la 5 poulie 34. Ensuite, l'unité de commande agit sur les vérins ,31 pour déplacer en translation vers le haut la poulie 34 de sorte à remonter le peigne. L'unité de commande est conçue pour répéter ce cycle à une certaine fréquence de sorte que par une combinaison du mouvement rotatif de la10 structure support 3A autour de l'axe A et du mouvement cyclique de translation de haut en bas et de bas à haut du peigne 14 parallèlement à l'arbre 9, les dents 15 du peigne 14 pénètrent la couche de matériau pulvérulent 17 pour la dégazer et la compacter sur l'ensemble de sa surface. Figure 2, la machine est montrée dans sa configuration pour réaliser la seconde opération de garnissage c'est-à- dire pour constituer le garnissage de la paroi cylindrique 44 de la cuve. Dans cette configuration de la machine, l'arbre 9 sur la figure 1 est remplacé par un arbre plus court 9' fixé à la partie inférieure rotative 3A par les brides à leviers 10. Comme visible sur la figure 2, un gabarit 40 de forme sensiblement cylindrique a été placé à l'intérieur de la cuve et repose sur la couche de matériau pulvérulent 17 formée lors de la première opération de25 garnissage de la sole de la cuve. La partie supérieure du gabarit présente un croisillon avec un trou central dans lequel est engagé l'arbre 9' de façon à obtenir un calage de la structure support 3 coaxialement à la sole 1 de la cuve 2. Le peigne 14 sur la figure 1 a été remplacé par un peigne de forte masse 41 montré en vue de dessous sur la figure 6. Ce peigne 41 sert à déégazer et à compacter le matériau pulvérulent déversé dans l'interstice entre le gabarit 40 et la paroi cylindrique intérieure 44 de la cuve. Le peigne 41 a un corps en forme de secteur annulaire portant une35 pluralité de dents pointues 15 d'environ 20 centimètres. Comme visible sur la figure 2, le peigne 41 est directement suspendu à la sangle 13 au droit du système de traction 12 dans l'espace défini par le gabarit et la paroi cylindrique de la cuve et les flexibles tubulaires souples 19 et 20 sont engagés dans cet espace pour déposer le matériau pulvérulent 5 en évitant au plus possible de créer de la poussière. Le fonctionnement de la machine selon l'invention pendant les deux opérations de garnissage est maintenant brièvement décrit. Des sacs sont vidés dans la trémie ou un container souple de matériau pulvérulent est amené à l'aide d'un palan dans la trémie 6 et est éventré dans celle-ci. La vis 15 est mise en marche pour alimenter la structure support rotative 3 et donc le déversoir 4. La partie inférieure 3A de la structure support est mise en rotation à une certaine vitesse de sorte la raclette 11 à l'extrémité de l'arbre 9 balaye à niveau constant au-dessus de la sole 1 de la cuve. Le matériau pulvérulent 7 est guidé par le flexible tubulaire 19 jusqu'au fond de la cuve et forme un tas annulaire du fait que le flexible 19 tourne autour de l'axe20 A. Au bout d'un certain temps, le matériau pulvérulent est réparti uniformément sur la sole de la cuve par effet de nivelage de la raclette 11. L'alimentation du déversoir 4 est ensuite stoppée et le système de traction 12 avec le peigne 14 est activé, en même temps que la partie inférieure 3A de la structure support continue de tourner, pour dégazer et compacter la couche de matériau pulvérulent dans le fond de la cuve. Le peigne 14 peut si nécessaire, faire plusieurs tours autour de l'axe A pour obtenir la densification requise du matériau30 pulvérulent dans le fond de la cuve. Une fois cette première opération de garnissage terminée, l'arbre 9 est débridé de la structure support rotative 3A et enlevé de la cuve avec la raclette 11 et le peigne 14, par exemple à l'aide d'un palan. Par ailleurs, la35 vis 5 est déplacée par rotation de la platine 8 pour dégager l'entrée de la cuve et pour installer le gabarit 40. L'arbre 11 2787871 9' est ensuite suspendu sous la structure support rotative 3A et est engagé dans le gabarit 40 de telle façon à être calé coaxialement par rapport à celui-ci. Le peigne 41 est fixé à la sangle 13. 5 Le déversoir 4 est de nouveau alimenté. La partie inférieure 3A de la structure support est entrainée en rotation et le système de traction est activé. Grâce au fait que le déversoir 4 s'étend radialement par rapport à l'axe A à proximité de la paroi cylindrique de la cuve, le matériau pulvérulent peut tomber par gravité directement dans l'espace entre le gabarit 40 et la paroi intérieure cylindrique 44 de la cuve. Au fur et à mesure du remplissage de l'espace, le peigne 41 vient dégazer et compacter le matériau pulvérulent. A noter qu'au fur et à mesure que le15 niveau de matériau pulvérulent monte dans l'espace vide entre le gabarit 40 et la paroi cylindrique 44, le mou de la sangle 13 est rattrapé automatiquement par la poulie 34 du fait de l'action du ressort de rappel 39 sur la poulie 34 ce qui fait que le peigne 41 suit automatiquement le niveau du20 matériau pulvérulent dans cet espace au cours de la seconde opération de garnissage. Ainsi, la machine selon l'invention est polyvalente car elle sert à la fois au garnissage de la sole de la cuve et au garnissage de la paroi cylindrique de celle-ci.25 12 2787871 REVENDICATIONS 1/ Machine pour garnir d'un matériau pulvérulent les parois (1,44) d'une cuve cylindrique (2), comprenant une structure support rotative (3A) autour d'un axe (A) qui est destinée à être installée au-dessus de la cuve de façon à surplomber la sole de la cuve et incluant un déversoir tubulaire rigide (4) destiné à être alimenté en matériau pulvérulent et s'étendant radialement par rapport audit axe10 (A) pour déposer le matériau pulvérulent dans la cuve sur une zone sensiblement annulaire, un arbre (9,9') suspendu à la structure support rotative et s'étendant suivant ledit axe et coaxialement à la cuve quand la structure support surplombe la sole de la cuve, une raclette (11) solidaire15 d'une extrémité libre de l'arbre et s'étendant perpendiculairement à celui-ci sur une longueur au moins égale au rayon de la sole pour former par nivelage au-dessus de la sole de la cuve une couche régulière (17) dudit matériau pulvérulent, et un système de traction (12) d'une20 sangle (13) qui s'étend suivant ledit axe à une certaine distance de celui-ci et à laquelle est fixé un peigne de forte masse (14,41) ayant une pluralité de dents, ce système de traction étant solidaire de la structure support rotative et étant destiné à transmettre au peigne, par25 l'intermédiaire de la sangle, un mouvement cyclique de translation de haut en bas et de bas en haut de telle sorte que par un mouvement rotatif de la structure support combiné au mouvement cyclique de translation de haut en bas et de bas en haut du peigne, les dents du peigne pénètrent la30 couche de matériau pulvérulent formée sur la sole de la cuve ou à l'intérieur d'un espace vide défini entre la paroi * cylindrique (44) de la cuve et un gabarit (40) monté coaxialement à celle-ci dans la cuve, pour dégazer et compacter automatiquement cette couche de matériau35 pulvérulent. 2/ Machine selon la revendication 1, comprenant en outre une vis motorisée (5)dont une extrémité est raccordée à une trémie (6) d'alimentation en matériau pulvérulent et l'autre extrémité est raccordée au déversoir, cette autre extrémité de la vis supportant la structure support rotative. 4/ Machine selon la revendication 3, dans laquelle la vis motorisée (5) est montée sur une platine (8) mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'arbre et en translation suivant une direction perpendiculaire à l'arbre. / Machine selon la revendication 1, comprenant en outre un système d'aspiration (20) monté sur la structure support rotative et destiné à aspirer les fines particules du matériau pulvérulent déversé dans la cuve. 6/ Machine selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le système de traction comprend au moins un vérin (30,31) ayant une tige (32,33) solidaire de la structure support rotative, une poulie (34) montée sur un axe solidaire du cylindre du vérin et sur laquelle est enroulée la sangle, et un mécanisme (35,36,38,39) apte à bloquer la rotation de la poulie dans le sens du déroulement de la25 sangle et à forcer la rotation de la poulie dans le sens de l'enroulement de la sangle. 7/ Utilisation d'une machine selon l'une des revendications précédentes pour garnir les parois d'un four à creuset à induction électrique avec un matériau réfractaire pulvérulent.