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CEINTURE D'ETANCHEITE D'UN TUBE DE COULEE.
La présente invention est relative à une ceinture d'étanchéité du dispositif de décharge d'un récipient sidérurgique de coulée par le fond et/ou du dispositif d'amenée et d'échange d'un tube de coulée, comprenant une plaque supérieure ou de référence appliquée par le bas et une plaque de base fixe portant le tube de coulée.
L'invention trouve une large application dans la fabrication d'éléments réfractaires d'un dispositif de changement de tube de coulée ou d'un dispositif d'obturation à plaques coulissantes pour récipient métallurgique à partir duquel l'acier est déchargé dans un moule ou une lingotière.
Il est connu que le trou de coulée d'un dispositif d'obturation à plaques coulissantes ou simplement superposées se trouve en dépression par rapport à l'atmosphère ambiante. Cette dépression provoque une aspiration de l'air ambiant notamment au niveau du joint entre les plaques réfractaires et a travers d'éventuelles fissures dans lesdites plaques. Cette aspiration d'air s'avère être très préjudiciable tant pour la qualité du métal coulé que pour le comportement des éléments en matériau réfractaire. L'oxygène,
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l'azote et l'humidité contenus dans l'air aspiré dans le chenal de coulée réagissent chimiquement par oxydation, nitruration et/ou hydruration au détriment du métal liquide ainsi qu'au détriment des éléments en matériau réfractaire.
L'air entraîné mécaniquement au cours de la coulée provoque des remontées de métal ou la formation de soufflures exogènes. En outre, le métal oxydé tend à coller dans le tube de coulée et à donner une pellicule d'oxydes qui, dans le cas d'une lingotière, peut être à l'origine de défauts de peau.
Diverses tentatives ont été faites pour empêcher une infiltration d'air dans le trou de coulée à travers la zone de jonction entre la plaque de référence (top plate) et la plaque qui porte le tube de coulée (bottom plate). Elles. sont basées sur l'idée de créer autour des parties non étanches du trou de coulée, une atmosphère artificielle constituée d'un gaz inerte, tel que l'argon par exemple, de manière que le gaz aspiré ne provoque pas d'effet préjudiciable.
Le document FR-A-2227073 décrit un dispositif d'obturation à plaques coulissantes dans lequel la face inférieure de la plaque de référence qui forme la surface de glissement présente une rainure simple s'étendant en forme de U autour du trou de coulée.
La rainure est reliée à une source de gaz inerte.
L'écartement des extrémités des branches du U est supérieure au diamètre du trou de coulée. Cette rainure permet de développer dans les pores des matériaux réfractaires qui entourent le trou de coulée une pression de gaz qui s'oppose à la pression ferrostati-
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que et empêche l'acier de mouiller les matériaux réfractaires.
Enfin, par le brevet belge no 891. 379 on connaît un procédé pour rendre étanche à l'air un dispositif d'obturation de l'orifice de décharge par le fond d'un récipient métallurgique comprenant une plaque de référence en matériau réfractaire. Dans la face inférieure de la plaque de référence est formée une rainure sensiblement circulaire formant un sas étanche autour du trou de coulée. La rainure est isolée par une zone annulaire intérieure et une zone annulaire extérieure d'étanchéité concentriques formées dans au moins une des faces de contact des deux plaques parfaitement appliquées l'une contre l'autre. Elle est reliée à une source de gaz inerte.
Le principal inconvénient de la rainure simple réside dans le fait que la sécurité qui en résulte est insuffisante. La mesure préventive ne constitue qu'une précaution unique. En outre, elle ne permet aucun contrôle ni détection d'une anomalie éventuelle.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une ceinture d'étanchéité destinée à rendre étanche à l'air la fermeture d'un récipient sidérurgique de coulée par le fond ou d'un dispositif d'amenée et d'échange d'un tube de coulée comprenant au moins une plaque de référence et une plaque mobile ou fixe appliquée par le bas contre le fond du récipient.
Conformément à l'invention, la ceinture d'étanchéité prévue autour du trou de coulée, est constituée de deux rainures concentriques, formées dans l'une ou
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l'autre des plaques susdites et centrées sur l'axe du trou de coulée, de manière à délimiter trois zones distinctes, à savoir une première zone annulaire intérieure entourant le trou de coulée, une deuxième zone annulaire intermédiaire délimitée par les deux rainures et une troisième zone extérieure comprise entre la rainure extérieure et la périphérie de la plaque, la rainure extérieure étant reliée à une source de vide et la rainure intérieure à une source de gaz inerte.
Il existe cinq possibilités de réaliser une double ceinture d'étanchéité entre la plaque supérieure et le tube de coulée portant la plaque de base : 1. formation d'une paire de rainures concentriques au trou de coulée dans la face inférieure de la plaque supérieure ; 2. formation d'une paire de rainures concentriques au trou de coulée dans la face supérieure de la plaque de base du tube de coulée ; 3. formation de paires de rainures concentriques à la fois dans la face supérieure de la plaque de base et la face inférieure de la plaque supérieure ;
4. formation d'une rainure intérieure dans la face inférieure de la plaque supérieure et une rainure extérieure concentrique à la première dans la face supérieure de la plaque de base, et
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5. formation d'une rainure extérieure dans la face inférieure de la plaque supérieure et une rainure intérieure concentrique à la première dans la face supérieure de la plaque de base.
La création d'un vide dans la rainure extérieure procure un double avantage. Elle permet d'empêcher toute infiltration d'air dans l'enceinte entre les deux rainures et protège d'autant mieux le trou de coulée soumis généralement à une dépression par effet VENTURI. Elle assure donc l'absence d'air dans le jet de coulée et évite ainsi les remontées de métal et la formation de soufflures.
L'absence d'air autorise également l'introduction dans un alliage d'une quantité précise d'éléments oxydables sans perte notable et avec une grande reproductibilité. Il en résulte naturellement une régularité beaucoup plus grande dans la qualité du métal.
Le second avantage de la création d'un vide dans la rainure extérieure réside dans la possibilité de détecter facilement l'étanchéité de la fermeture coulissante, à l'aide d'une sonde de mesure de pression.
La sonde de mesure doit bien sûr être installée près de la rainure extérieure dans le canal d'aspiration.
Selon une particularité de l'invention, la ceinture d'étanchéité est formée dans une plaque de référence. La plaque réfractaire dans laquelle est formée la ceinture d'étanchéité peut également être une plaque fixe portant le tube.
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Dans une forme de réalisation particùlière, la plaque réfractaire contient des canaux reliant les deux rainures susdites, la rainure extérieure à une source de vide et la rainure intérieure à une source de gaz inerte.
Suivant un développement de l'invention, la rainure extérieure de la plaque réfractaire est reliée à un appareil créant le vide et à un appareil de mesure du vide.
Ces particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins ci-annexés qui représentent schématiquement et à titre d'illustration non limitative, trois formes de réalisation du dispositif pour rendre étanche à l'air le dispositif de décharge d'un répartiteur de coulée suivant l'invention, à savoir deux dispositifs d'amenée et d'échange d'un tube de coulée et un dispositif de régulation d'un récipient sidérurgique de coulée par le fond.
Dans ces dessins : - la figure 1 est une coupe verticale d'un dispositif de coulée par le fond comprenant une plaque de référence présentant une face inférieure dans laquelle est prévue une ceinture d'étanchéité selon l'invention et une plague de base strictement plane solidaire d'un tube de coulée ; - la figure 2 montre en plan une vue de dessus de la plaque réfractaire de base solidaire du tube de coulée ;
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la figure 3 montre en plan une vue de dessous de la face inférieure de la plaque de référence montrée dans la figure 1 ;
la figure 4 est une coupe verticale, analogue à celle montrée à la figure 1, d'un dispositif de coulée comprenant une plaque de référence et une plaque de base d'un tube de coulée présentant une face supérieure dans laquelle est prévue une cein- ture d'étanchéité selon l'invention ; la figure 5 est une vue en plan, vue de dessus, de la face supérieure de la plaque de base solidaire du tube de coulée montré dans la figure 4 ; la figure 6 est une vue en plan, vue de dessous, de la face inférieure de la plaque réfractaire supérieure montrée dans la figure 4 ; la figure 7 est une vue de dessous de la face infé- rieure d'une plaque supérieure d'un dispositif de régulation d'un récipient sidérurgique ; la figure 8 est une vue en plan vue de dessus de la face supérieure d'une plaque inférieure du dispositif de régulation ;
et la figure 9 est une vue en coupe verticale du dispositif de régulation constitué par la superposition des plaques montrées dans les figures
7 et 8.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
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Comme illustré dans la figure 1, un dispositif de régulation à plaques coulissantes ou un dispositif d'amenée et d'échange d'un tube de coulée, dispositif désigné dans son ensemble par la notation référence 1, est constitué d'une plaque de base 2 solidaire d'un tube de coulée en matière réfractaire présentant un trou de coulée 3 de diamètre déterminé et muni d'une plaque supérieure 4 destinée à être appliquée par une rainure 5 contre une lèvre d'une busette interne non représentée. La plaque de base 2 porte un tube de coulée 6.
La plaque de base 2 est renforcée par une gaine d'acier 7. Elle est repoussée vers le haut au moyen de ressorts ou de vérins non représentés, qui l'appliquent contre la plaque de référence ou supérieure 4 (top plate). La plaque de base 2 portant le tube de coulée 6 est susceptible de glisser le long de la plaque supérieure 4 sous l'action d'un mécanisme de déplacement (conçu de préférence sous forme d'un vérin pneumatique non représenté) pendant l'opération d'amenée et d'échange d'un tube de coulée.
Pour empêcher l'infiltration d'air dans le jet de coulée, on ménage dans la face inférieure de la plaque supérieure 4, entre le bord extérieur de la plaque de base et le trou de coulée, une ceinture d'étanchéité constituée de deux rainures annulaires concentriques 8,9 centrées sur l'axe du trou de coulée 3, de manière à délimiter trois zones annulaires concentriques distinctes. (voir figure 3)
Une première zone annulaire 10, appelée zone interne, entoure le trou de coulée. Une deuxième zone annulaire 11, appelée zone intermédiaire, est comprise
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entre les deux rainures 8 et 9. Une troisième zone 12, appelée zone extérieure, est délimitée par le bord périphérique 13 de la plaque supérieure 4 et le bord extérieur de la rainure extérieure 8.
Les rainures 8 et 9 forment des sas isolés entre eux et de l'extérieur par les zones annulaires 10, 11, 12 d'étanchéité formées par les portions de surfaces au contact des plaques parfaitement appliquées l'une contre l'autre.
Si, pour une raison quelconque, une inétanchéité devait se former entre la plaque de référence 4 et la plaque de base 2, le vide créé dans la rainure extérieure 8 serait détruit et l'air extérieur serait en contact avec le gaz inerte de la rainure intérieure 9, ce qui augmenterait le risque que l'air soit aspiré dans le tube de coulée 6 en raison de la dépression qui y règne.
Un moyen de mesure du vide dans la rainure extérieure 8 permet de signaler directement toute perte anormale de vide avant tout risque d'aspiration d'air dans le trou de coulée.
La rainure extérieure 8 est reliée à une source de vide, constituée par exemple par une trompe à eau non représentée ou par une pompe à. vide, par un canal radial 13 ménagé dans la plaque supérieure. (voir figure 1). Ce canal radial est aussi connecté à un appareil de mesure de la pression, permettant de surveiller le vide régnant dans la rainure extérieure 8 et éventuellement d'émettre un signal en cas d'inétanchéité du joint de contact des plaques.
La rainure intérieure 9 est reliée à une source de gaz inerte par un canal radial 14 formé dans'la
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plaque supérieure. La pression du gaz inerte dans la rainure intérieure 9 est maintenue légèrement supérieure à la pression atmosphérique par injection de gaz inerte.
En cas de perte de gaz inerte en raison d'une inétanchéité quelconque, on corrige toute diminution éventuelle de la pression régnant dans la rainure intérieure 9 en admettant du gaz inerte frais. Ce réglage est réalisé, par exemple, par une vanne auto- matique accouplée à un appareil de mesure permettant de déterminer la pression dans la rainure intérieure 9 susdite.
Des fuites importantes de gaz inerte sont par contre signalées par un système avertisseur afin de permettre à des opérateurs de prendre les mesures adéquates.
On utilise avantageusement l'argon comme gaz inerte. Contrairement à l'azote qui provoque une certaine nitruration de l'acier, l'argon protège le métal fondu contre toute oxydation sans provoquer d'effet secondaire susceptible d'altérer la qualité du métal.
Lorsque la face inférieure de la plaque supérieure et la face supérieure du tube sont appliquées parfai- tement l'une contre l'autre, les portions de surface des plaques en contact constituent des zones annulaires d'étanchéité 10,11 et 12 de part et d'autre de chaque rainure 8,9.
Par sa disposition dans la face inférieure de la plaque supérieure, la double rainure 8,9 suivant
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l'invention n'est pas sujette au bouchage accidentel. Elle ne risque pas d'être souillée par des résidus de métal fondu lorsqu'on fait glisser le tube 6 pour le remplacer par un nouveau puisqu'on interrompt le flux de métal à l'aide d'une quenouille pendant cette opération. Le dispositif d'étanchéité suivant l'invention est d'un entretien facile, grâce au fait que tout résidu de métal s'élimine sous l'action de la pesanteur lors d'un retrait éventuel de la plaque de base 2.
La figure 3 montre une vue de dessus de la face supérieure de la plaque de base 2 représentée à la figure 1.
Dans une seconde forme de réalisation d'une ceinture d'étanchéité entre deux plaques, on prévoit de former la paire de rainures dans la face supérieure de la plaque de base 2 du tube de coulée (fig. 5) au lieu de l'avoir dans la plaque supérieure 4 montrée dans la figure 3.
La figure 4 montre en coupe verticale, analogue à la figure 1, mais avec la ceinture d'étanchéité montrée sur la figure 5, c'est-à-dire ménagée dans la surface supérieure de la plaque de base 2 du tube de coulée.
Les canaux d'aspiration 13 et d'injection 14 de gaz inerte de la plaque de base 2 du tube de coulée sont toujours forés dans la plaque supérieure 4, comme le montrent les figures 1,3, 4 et 6.
Les rainures 8 et 9 peuvent être réalisées aisément à l'aide d'une meule par enlèvement de matière. Les canaux 13 et 14 qui relient les rainures 8 et 9 aux
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sources de gaz inerte ou de vide (non montrées) peuvent être réalisés par forage comme montré aux figures 1,3, 4 et 6 ou être prévus lors de la fabrication des plaques réfractaires.
Une rainure 5 d'étanchéité de la busette interne est ménagée dans la face supérieure de la plaque supérieure 4 (figures 1 et 4) pour être appliquée de manière étanche contre une lèvre, non montrée, d'une busette interne.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes de réalisation représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la disposition et la constitution de certains éléments intervenant dans les formes de réalisation décrites, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
Ainsi, comme illustré dans les figures 7 à 9, l'invention s'applique également à un dispositif de régulation à plaques coulissantes dans lequel la face inférieure de la plaque de référence 4 qui forme la surface de glissement présente deux rainures oblongues rectangulaires 8,9 ou en forme de U, emboîtées l'une dans l'autre de manière à être sensiblement équidistantes en tout point (fig. l, 3). Le choix de la forme et de la longueur de la double rainure 8,9 se fait en fonction de l'amplitude du mouvement de la plaque mobile 2, celle-ci est limitée à une valeur maximale par la longueur de la zone de recouvrement entourée par la rainure par laquelle le gaz inerte est injecté, et à une valeur minimale par le diamètre intérieur du trou de coulée 3 de la plaque mobile 2.