Brevet FR2852089A1 — publié le 20040910

L'invention objet de la présente demande consiste en un bouchon refroidi capable de rendre la porte de décrassage d'un four à arcs étanche; elle apporte, entre autres avantages, des économies d'énergie et des améliorations de la productivité du four. La porte de décrassage d'un four à arcs alimenté en courant alternatif comme en 5 courant continu est un orifice de plus d'un mètre carré situé dans la paroi latérale du four, aussi appelé haut de cuve, obturé par une porte coulissante actionnée pneumatiquement, hydrauliquement ou électriquement. Le principal inconvénient de cette porte de décrassage est qu'il est très difficile d'avoir une étanchéité correcte et qu'elle est trop fréquemment maintenue ouverte, en totalité ou en partie, au cours du cycle normal de production. Les 10 entrées d'air, amplifiées par le système de captage des fumées, produisent des pertes thermiques pouvant atteindre 8% de la consommation d'énergie électrique. Un inconvénient secondaire de la porte de décrassage est que sa conception impose un seuil de porte important à l'intérieur du four, sur lequel s'accumule de 500 kg à 1 tonne de ferrailles au cours du chargement des paniers et que ces ferrailles, éloignées du centre du four, 15 deviennent de toutes celles chargées au four les plus difficile à fondre. Dans les fours à courant alternatif la porte de décrassage est de plus installée dans une zone plutôt froide du four et la fusion des ferrailles qui sont sur le seuil de la porte de décrassage est d'autant plus retardée. Il est traditionnellement reconnu que la porte de décrassage: - est utile à l'évacuation du laitier du four, comme son nom l'indique, - est nécessaire à l'injection d'oxygène et de carbone dans le four par des lances, consommables ou non, pour accélérer la fusion des ferrailles et obtenir la décarburation du bain d'acier, - est utile pour introduire des matières secondaires dans le four par un dispositif du 25 type chargeuse, - sert de porte de visite pour inspecter, de l'extérieur, l'état d'usure des réfractaires et des parois intérieurs du four entre deux cycles de coulée. En fait, la porte de décrassage a pour fonction principale l'évacuation du laitier du creuset du four vers le cuvier à laitier ou le sol et les quantités à évacuer comme les débits 30 instantanés ne nécessitent pas une ouverture de cette taille. Le laitier peut être évacué du four par un orifice de section voisine d'un décimètre carré et en cas de moussage de ce laitier le volume intérieur du four contient facilement le laitier moussant tant que sa masse spécifique reste supérieure à 0,12 tonne par mètre cube; pour des coulées de 120 tonnes de métal liquide il y a 12 tonnes de laitier avec un volume disponible de 100 mètres cubes dans la partie " haut - 2 de cuve " soit une masse spécifique de 0,12 tonnes par mètre cube pour remplir tout l'espace disponible; avoir un laitier de masse spécifique inférieure est très exceptionnel et dans ce cas la réduction de la puissance électrique limite instantanément le moussage du laitier. Les autres fonctions traditionnelles assurées par la porte de décrassage comme 5 l'introduction des lances d'injection d'oxygène et de carbone, l'introduction de matières secondaires par une chargeuse et l'observation des réfractaires peuvent être remplies par d'autres moyens ou d'autres méthodes, dont certaines sont actuellement en service industriel, qu'il n'est pas nécessaire de développer ici. Pour palier aux inconvénients cités ci-dessus entraînés par l'existence de la porte de 10 décrassage l'invention, en venant boucher de façon efficace le trou de la porte dans le haut de cuve, permet: - de réduire la surface de l'ouverture dans la cuve du four; le bouchon de porte obture un orifice, soit carré soit semi-circulaire, de un cinquième à un demi mètre carré aménagé dans le haut de cuve du four en lieu et place de la porte 1 5 conventionnelle; - d'obturer ce trou de façon étanche; le bouchon est appliqué par sa face supérieure et ses faces latérales au haut de cuve du four dont les renforts sont aménagés pour épousés la forme du bouchon; les faces d'appui sont garnies de plaque de fonte ou de graphite pour assurer un bon positionnement du bouchon de porte et ainsi une 20 bonne étanchéité en position fermée; la face inférieure du bouchon s'appui sur le garnissage réfractaire du seuil de porte, garnissage entretenu par les opérateurs en hauteur et en planéité; - d'ouvrir partiellement le passage dans le haut de cuve entre l'intérieur du four et l'extérieur; le bouchon de porte reste de préférence appuyé par sa face supérieure 25 sur la paroi correspondante du haut de cuve du four, en créant un passage rectangulaire et horizontal entre la face inférieure du bouchon de porte et le seuil de décrassage pour l'évacuation du laitier, tout en limitant les entrées d'air; - de faire en sorte que l'obturation du passage par le bouchon atteigne l'intrados des panneaux refroidis à l'eau du haut de cuve du four; le seuil de la porte est alors 30 réduit à son minimum et il n'existe plus d'accumulation de ferrailles difficile à fondre. Le brevet FR 2674946 " Four électrique de production de métal " mentionne bien une transformation de la porte de décrassage pour utiliser un bouchon réfractaire qui affleure une extension de la partie réfractaire du revêtement de la cuve du four. Ce bouchon réfractaire a pour inconvénient de venir se coller aux parois du trou dans lequel il rentre et ce d'autant plus qu'il a une forme parallélépipédique qui doit venir s'ajuster dans un logement approximativement de même forme et s'en extraire. L'invention porte sur la mise en place d'un bouchon prismatique ou tronconique, de 5 forme mâle, dans un logement de forme femelle qui lui est identique et aménagé dans le haut de cuve du four électrique,. Ce bouchon, métallique, est refroidi à l'eau; ce refroidissement est de conception similaire à celle des panneaux refroidis à l'eau qui garnissent l'intérieur du haut de cuve du four. La face intérieure au four est éventuellement renforcée par des picots qui y sont soudés pour avoir un meilleur accrochage du laitier, une meilleure tenue aux chocs 10 des ferrailles et une faible sensibilité aux amorçages électriques. Un revêtement céramique est envisagé comme une variante à la conception de base. Ce bouchon garde une certaine mobilité sur son support pour pouvoir se mettre en place dans son logement qui est sujet à des déformations au cours du temps et dont la position par rapport au plancher de travail dépend de l'inclinaison du four; en effet le four est le plus 15 souvent en position horizontale mais il peut être incliné de quelques degrés, en avant ou en arrière, pendant une partie du cycle de coulée, période pendant laquelle le bouchon doit assurer l'étanchéité de la porte de décrassage. La mobilité du bouchon est obtenue grâce à une liaison articulée à axe horizontal avec: - un jeu vertical par une liberté de pivotement, toutefois limitée à quelques degrés 20 autour de cet axe, - un jeu horizontal de plusieurs centimètres par glissement le long du même axe. Pour donner plus de liberté aux mouvements du bouchon de porte et pour que sa mise en place se fasse four déformé ou incliné de quelques degrés, le mécanisme de manutention possède des moyens d'ajustement et de contrôle de position qui sont des embiellages ou des 25 boîtes à ressort ou des vérins hydrauliques ou tout autre moyen mécanique équivalent. Pour l'ouverture de la porte, l'enlèvement du bouchon de porte se fait par le mécanisme de manutention qui supporte le bouchon et l'écarte de sa position normale de travail. Le mouvement est soit rectiligne avec un chariot qui se déplace dans l'axe de la porte, soit rotatif avec une potence placée sur le plancher fixe ou le plancher mobile du four. Le 30 chariot assure aisément un positionnement précis du bouchon qui se déplace alors dans un plan vertical. Dans le cas d'une potence quand l'axe de rotation est vertical le bouchon se déplace dans un plan horizontal quand l'axe de rotation est vertical; quand l'axe de rotation est incliné le mouvement a lieu dans un plan incliné ou même courbe pour permettre le dégagement immédiat du seuil de la porte en pivotant vers le haut. Dans une conception particulière la mise en place du bouchon et son enlèvement se font en suivant la partie supérieure inclinée de son logement dans le haut de cuve pour laisser un espace sous le bouchon de porte, espace par lequel le laitier du four est évacué, sans avoir une ouverture complète de la porte. Dans la position fermée le bouchon de porte est équipé de deux moyens auxiliaires, - l'un pour son maintient en position sur le haut de cuve, un clamage par exemple, qui libère le mécanisme du maintien du bouchon de porte d'un effort permanent, - l'autre pour exercer un effort d'arrachement à son ouverture, comme un vérin hydraulique par exemple, le laitier qui tapisse l'intérieur du four exerçant une 10 éventuelle retenue du bouchon de porte en position fermée. Dans une variante le bouchon de porte peut comporter un orifice de passage d'une lance d'injection ou d'une lance de mesure de température ou de prise d'échantillon, au détriment d'une étanchéité moins bonne. Dans une autre variante la face inférieure du bouchon de porte est constituée d'une 15 pièce en matériau réfractaire peu sensible au contact du métal en cas de débordement intempestif de celui-ci. Un tel bouchon de porte apporte des économies d'énergie électrique et fossile, une meilleure homogénéité de la fusion des ferrailles dans le four, une réduction de la capacité de captage des fumées et conséquemment une amélioration de la productivité du four.. Une description d'une réalisation possible du dispositif objet du présent brevet d'invention permet de mieux comprendre ses caractéristiques. La figure 1 représente, vue de dessus et en élévation en coupe, le bouchon de porte objet du présent brevet d'invention. La figure 2 représente, vue en plan une coupe de la partie du four correspondant à la 25 porte de décrassage avec le bouchon de porte en position " fermé " et une potence de manutention du bouchon de porte. La figure 3 représente vue en élévation la même partie de cuve avec le bouchon de porte en position " fermé ". Le bouchon de porte 1, prismatique, comme représenté sur les figures 1, 2 et 3 est un 30 ensemble métallique refroidi à l'eau par un tube en acier 10 enchâssé dans des plaques 11 pour assurer un bon contact avec le logement aménagé dans le haut de cuve 6. Le bouchon de porte 1 est supporté et maintenu en place par l'intermédiaire du support 2 non refroidi, animé par le support 3, de deux mouvements dans l'axe de la porte, l'un vertical et l'autre horizontal grâce aux biellettes de suspension 31 et 32 et d'un mouvement latéral d'évacuation de l'ensemble vers une position de parking par rotation du bras 4. Le bouchon de porte 1 a une forme prismatique qui vient épouser la structure 6 du haut de cuve du four, garni de panneaux refroidis 61 et le seuil de porte 5 constitué des réfractaires 5 62 qui garnissent la structure 63 du bas de cuve. L'intrados du bouchon de porte 1 est à 5 centimètres près au niveau de l'intrados des panneaux refroidis 61 réduisant la surface du seuil de porte 5 susceptible de recevoir de la ferraille. L'intrados du bouchon de porte 1 peut être en contact avec la ferraille chargée pour être fondue. Les surfaces de contact entre le bouchon de porte 1 et le haut de cuve 6 sont jointives 10 dans les plans 12, 13 et 14. Ces plans de contact 12, 13 et 14 sont à faible coefficient de frottement pour faciliter la mise en place du bouchon de porte 1 dans le haut de cuve 6. Dans un mode de construction les mouvements des supports 2 et 3, commandés par les biellettes 31 et 32 sont tels que la surface supérieure du bouchon de porte 1 vient d'abord s'appuyer sur la surface 12 puis en glissant sur cette surface vient s'appliquer sur les parois 13 et 14 et sur le 15 seuil de porte 5. Les clames 23 solidaires du support 2 de l'ensemble du bouchon de porte 1 viennent accrocher les renforts 65 de la cuve 6 pour assurer le maintient en position fermée du bouchon de porte 1 pendant les cycles de production du four électrique. La commande de ces clamages, ouverture et fermeture, est faite par 2 vérins hydrauliques 25 installés dans le 20 support 2 du bouchon de porte 1. Le mécanisme 26 permet de tirer en arrière le bouchon de porte 1 après ouverture du clamage par l'intermédiaire des 2 vérins hydrauliques 24. Le bouchon de porte 1 est alors escamoté par le support 3 et la potence 4: la porte de décrassage est alors ouverte. La protection des organes hydraulique contre les contraintes thermiques n'est pas 25 représentée sur les figures 1, 2 et 3 pour rendre la présentation plus claire. La potence 4 pivote autour de son fût 41, commandé par un système de rotation du type électrique 42, d'un angle supérieur à 90 en vue d'obtenir un bon dégagement devant la porte de décrassage ouverte. - 6 REVENDICATIONS 1) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique caractérisé par un bouchon de porte (1) métallique et prismatique, manipulé de l'extérieur du four et qui s'applique sur un logement de même forme dans le haut de cuve du four (6). 2) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique caractérisé par un bouchon de porte (1) métallique et conique, manipulé de l'extérieur du four et qui s'applique sur un logement de même forme dans le haut de cuve du four (6). 3) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique suivant les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que le bouchon de porte (1) est refroidi à l'eau. 4) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique suivant les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que le bouchon de porte (1) affleure sensiblement à l'intrados des panneaux refroidis à l'eau (61) qui garnissent le haut de la cuve (6). 5) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique suivant les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que le bouchon de porte (1) est manipulé par un ensemble de supports (2,3,4) qui lui donne des mouvements dans les trois axes. 6) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique suivant les revendications 1 et 5 caractérisé par le fait qu'au moins la partie supérieure du bouchon de porte (1) glisse sur la surface (12) correspondante de la cuve(6) du four. 7) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique suivant la revendication 6 caractérisé par l'existence de plaques à faible coefficient de frottement rapportées sur les surfaces (12,13,14) de contact avec le haut de cuve (6). 8) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que le support (2) du bouchon de porte (1) est équipé d'un verrouillage/déverrouillage (23) du bouchon de porte en position " fermé " sur la cuve et d'un moyen d'extraction (24) du bouchon de porte (1). 9) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par la présence d'un orifice dans la partie verticale du bouchon de porte (1) pour le passage d'une lance. 10) Dispositif de fermeture étanche de la porte de décrassage d'un four électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par un renforcement de la partie inférieure du bouchon de porte (1) au moyen d'une pièce en matériau réfractaire.