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Dispositif de régulation de débit à fermeture coulissante d'un récipient métallurgique.
La présente invention est relative à un dispositif de régulation de débit à fermeture coulissante d'un récipient métallurgique, constitué d'un châssis métallique comportant un encadrement fixé sous le récipient métallurgique et contenant une plaque réfractaire fixe de référence, percée d'un orifice de coulée et une plaque réfractaire mobile également percée d'un orifice, montée coulissante par rapport à la plaque de référence contre laquelle elle est appuyée à l'aide de ressorts et éventuellement de leviers, afin d'empêcher une infiltration de métal liquide entre les plaques réfractaires.
Les fermetures coulissantes ou à tiroir à deux ou trois plaques réfractaires sont très répandues dans les installations de coulée d'acier pour conduire, interrompre et réguler l'écoulement d'un flot d'acier que l'on conduit d'une poche vers un répartiteur, et de manière similaire, d'un répartiteur vers un moule.
Les plaques réfractaires sont soumises à de fortes sollicitations thermomécaniques qui engendrent deux zones critiques pour la plaque et qui conduisent systématiquement au développement d'une part, de fissures longitudinales à partir du trou et d'autre
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part, de deux fissures radiales initiées à la périphérie de la plaque et symétriques par rapport au centre du trou.
Les fissures ainsi formées facilitent les aspirations d'air à travers les plaques avec des conséquences importantes sur la qualité de l'acier et l'usure des plaques réfractaires par corrosion.
Les facteurs favorisant la fissuration des plaques sont la non-symétrie des conditions de blocage mécanique par rapport au centre du trou de coulée et la surdimension du diamètre du trou en comparaison de la largeur de la plaque réfractaire.
On sait que le fonctionnement sûr d'une fermeture coulissante d'un récipient métallurgique dépend dans une large mesure des dimensions des zones d'étanchéité et de sécurité tout autour des orifices de coulée de chacune des plaques et de l'emboîtement propre et précis des autres éléments réfractaires sur lesdites plaques. Le parallélisme des plaques fixes et mobiles et une fourchette de tolérance de planéité inférieure au 5/lOOème de millimètre permettent seuls de réaliser constamment une bonne étanchéité et d'éviter tout risque de coincement des plaques.
Dans les dispositifs de fermeture à plaques coulissantes, le canal central de coulée n'est pas seulement soit ouvert, soit fermé, mais le plus souvent partiellement ouvert. En régulation du débit, les plaques réfractaires occupent le plus souvent une position intermédiaire dans laquelle les orifices de coulée ne se recouvrent que partiellement, de manière à former une zone d'étranglement dont on fait varier à
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volonté la section de passage du métal en fusion en vue de modifier la résistance à l'écoulement de ce métal.
Le débit de la coulée peut ainsi être déterminé en fonction de la position occupée par la plaque de tiroir pour une pression statique donnée correspondant au niveau du métal dans le récipient de coulée.
Lorsque le métal, soumis à une pression ferrostatique, s'écoule par cette section réduite ou étranglée il se produit une sollicitation mécanique, thermique et chimique particulièrement forte qui est la cause d'une érosion particulièrement prononcée.
Aujourd'hui, les plus largement connus sont les tiroirs des types suivants : A) les tiroirs linéaires ; B) les tiroirs rotatifs, munis de plaques réfractaires essentiellement rondes avec un ou plusieurs orifices qui sont excentrés par rapport à l'axe vertical de rotation de ces plaques.
En outre, par le document français FR-A-2 248 106, on connaît un obturateur à tiroir pour poches de coulée de métaux, notamment d'acier en fusion, comprenant deux plaques dont l'une, mobile est retenue de manière amovible dans un châssis glissant et peut coulisser par rapport à l'autre plaque sous laquelle elle est disposée, de préférence par entraînement motorisé, en étant repoussée contre elle par des axes soumis à l'action de ressorts.
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Qu'il soit linéaire ou rotatif, tout dispositif de régulation assure la fermeture étanche de l'écoulement du métal en fusion par déplacement du trou mobile par rapport au trou fixe vers la position de fermeture.
Pour assurer l'étanchéité malgré l'usure de la surface de la plaque par de l'acier lors des coulées, la plaque mobile doit se déplacer de plus en plus loin vers la position de fermeture finale.
Avec des plaques neuves, l'arrêt d'écoulement peut être obtenu par un chevauchement minimal. Plus les plaques s'usent, plus le chevauchement nécessaire pour obtenir l'arrêt d'écoulement est grand.
La trace d'usure sur les plaques réfractaires est une plage distribuée de deux côtés de la ligne (droite ou courbe) de déplacement du centre du trou mobile. En observant les plaques usées on peut observer que la profondeur d'usure est plus grande au milieu de la trace que sur sa périphérie.
L'étanchéité vers l'extérieur est assurée par les surfaces encore intactes des plaques.
L'application étanche de la plaque mobile contre la plaque fixe exige une zone de contact étanche de largeur suffisante tout autour de l'orifice de coulée de chacune des plaques. Or, dans les dispositifs de régulation à fermeture coulissante classiques du débit de coulée continue, la plaque mobile subit un simple déplacement par translation par rapport à la plaque fixe ou une simple rotation autour d'un point éloigné du trou de coulée, disposé en dehors de la surface de
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contact de la plaque mobile avec la plaque de référence.
Dans ces dispositifs connus, la trace laissée par le trou de coulée sur la plaque mobile provoque l'usure des plaques réfractaires. Au fur et à mesure que les plaques s'usent, la zone d'étanchéité diminue et met éventuellement en danger la sécurité de l'appareillage en position entièrement fermée.
Pratiquement toute surface en bon état sur le chemin de métal en fusion fera barrage à l'écoulement. D'où on peut tirer la conclusion que le facteur déterminant d'étanchéité entre deux trous de coulée est la longueur de la ligne centrale de la trace d'usure et non la distance entre le trou de coulée et l'orifice de coulée de la plaque mobile en position de"fermeture finale".
Les désavantages des dispositifs de régulation coulissants linéaires et rotatifs connus sont : 1) L'utilisation marginale de l'entièreté de la surface de contact des plaques réfractaires des tiroirs.
Seulement une petite partie de la plaque est exposée à l'acier en fusion.
La surface disponible offerte à l'érosion ne concerne qu'une simple bande de largeur égale au diamètre de l'orifice de coulée. La zone d'étanchéité, disposée de part et d'autre de cette bande est en quelque sorte inutilisée.
De même, dans un dispositif de régulation rotatif à fermeture coulissante, la surface disponible réser- vée à l'érosion d'une plaque mobile circulaire à
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deux trous excentrés est assez négligeable car l'élargissement en arc de cercle des trous de coulée provoque rapidement la rupture de la plaque et la fuite d'une grande quantité de métal liquide à l'extérieur du dispositif.
2) Les orifices sont nécessairement décentrés par rapport à la forme extérieure de la plaque, ce qui ne permet pas d'offrir la meilleure forme "anticraquelure" ; comme le suggère l'article de D.
Thémines et J. Poirier, publié dans la Revue de
Métallurgie ATS Journées sidérurgiques 92 Paris
16-17 déc. 1992, p. 192 et 193, c'est la forme ronde avec l'orifice central qui offre la meilleure défense contre les conditions de création de craque- lures dans les plaques réfractaires de tiroirs pour coulée du métal en fusion.
3) Il a été constaté en pratique que l'usure des plaques réfractaires se produit d'une façon très irrégulière sur une partie de la circonférence de l'orifice de coulée.
L'attaque du métal en fusion sur le bord de l'ori- fice, c'est à dire la lèvre du trou de coulée, lors du mouvement et le réglage de régulation (appelé souvent"position d'étranglement de jet de métal en fusion") est dirigé et concentré dans la même direc- tion que la ligne du mouvement (droite ou cercle de déplacement) du centre de l'orifice de coulée et sur le même point se trouvant sur l'intersection de cette ligne (droite ou courbe) et le bord de l'ori- fice de la plaque fixe et/ou mobile. La position de ce point d'attaque ne varie pas et reste la même lors du déplacement de l'orifice mobile par rapport à l'orifice fixe (mouvement de régulation ou
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l'étranglement du jet). Ceci est la raison d'une très forte concentration d'usure de la lèvre sur une très petite section de la plaque et du bord de l'orifice.
Toutefois, lorsque les deux plaques présentent une forme symétrique, elles peuvent, une fois usées d'un côté, être retirées de l'obturateur à tiroir après ouverture de celui-ci et y être replacées après qu'on les ait fait tourner de 180 autour de leur axe. Cependant, la manipulation de ces pièces portées au rouge après la coulée est difficile et il existe toujours le danger de fissuration par suite du choc thermique causé par l'ouverture de l'obturateur et l'extraction de ces pièces hors de ce dernier.
Jusqu'à ce jour, la seule méthode qui permettait de mettre en oeuvre un tiroir à plaques rondes présentant un trou central, était un tiroir linéaire. De ce fait, et en raison de la longueur de la course requise pour une fermeture efficace et sûre, les plaques réfractaires auraient été de dimensions importantes, ne donnant pas satisfaction du point de vue de la rentabilité, du coût opérationnel ainsi que du poids des plaques tellement important que leur manipulation par les opérateurs aurait été difficile.
De ce qui précède découle de toute évidence que ce sont les éléments réfractaires des tiroirs qui décident par leur qualité, leur longévité et leur forme, du succès de l'application d'un tiroir dans un processus de coulée d'acier.
Dans les applications connues à ce jour, les plaques réfractaires des dispositifs de régulation linéaires ou
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rotatifs du débit d'un jet de coulée de métal en fusion périssent principalement de causes suivantes : - l'attaque mécanique, thermique ou chimique concentrée sur une section de la lèvre du trou de coulée ainsi que dans la zone de contact d'acier avec la surface de glissement, qui correspond à la zone de fermeture sur cette surface et représente une petite portion de la surface totale ; - la fissuration des plaques sur la surface et/ou dans le corps, ceci conduit à la destruction de la plaque de différentes manières :
la plaque se désintègre mécaniquement sous les pression et tension, auxquelles elle est soumise lors de son utilisation en coulée, les craquelures permettent à l'air ambiant de péné- trer le corps de la plaque, causant l'oxydation de la matière réfractaire et conduisant rapidement à la désintégration du corps de la plaque.
Cette fissuration semble avoir joué un rôle important parmi les causes des accidents dangereux dus à l'infiltration d'acier entre les plaques ainsi que d'autres types de perforation du canal de coulée du métal fondu. Elle peut aussi affecter très défavorablement la qualité du produit sidérurgique en permettant une entrée non désirable d'air à proximité immédiate du jet du métal en coulée.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients susdits et propose dans ce but un dispositif de régulation du débit, de faible encombrement, dans
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lequel la plaque mobile est sensiblement ronde, munie d'un orifice central et apte à être actionnée intensivement dans toutes positions d'avance.
En fait, la forme idéale d'une plaque mobile est circulaire, munie d'un orifice central pour diminuer la tendance à la fissuration.
Le dispositif de régulation du débit d'un récipient métallurgique à fermeture coulissante est du type décrit dans le préambule de la revendication 1. Ce dispositif est caractérisé en ce que la plaque mobile de fermeture coulissante effectue un déplacement comprenant au moins une rotation dans le plan de glissement autour d'un centre de rotation peu éloigné du bord du trou de coulée d'une distance comprise entre un dixième du et le diamètre du trou de coulée.
Suivant une particularité de l'invention, la trace du centre du trou de coulée de la plaque fixe de référence sur la plaque mobile est une demi-circonférence en un arc de cercle ou une trajectoire courbe, dont le rayon de courbure est égal à 1,2 à 2 fois le rayon du trou de coulée.
Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif de régulation comprend deux crémaillères qui engrènent sur une couronne entourant la plaque mobile susdite et agissant suivant des lignes de forces parallèles en des points diamétralement opposés de la plaque mobile circulaire dans des directions opposées et des amplitudes différentes.
Dans une seconde forme de réalisation, le dispositif de régulation comprend deux vis sans fin qui engrènent
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sur une couronne entourant la plaque mobile susdite et agissant suivant des lignes de forces parallèles en des points diamétralement opposés de la plaque mobile circulaire dans des directions opposées et des amplitudes différentes.
Dans cette réalisation, la combinaison des mouvements de deux vis indépendantes l'une de l'autre permet à la plaque mobile de faire des mouvements très variés.
Une autre forme de réalisation permet de simplifier le dispositif mécanique mais est une solution limitant la variété de mouvements de plaque mobile à un mouvement rotatif dont le rayon est fixe et déterminé par le désaxement de deux plaques (fixe et mobile) en position de fermeture.
Les particularités et détails de l'invention ainsi que d'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation particulière du dispositif de régulation du débit du jet de coulée suivant l'invention, donnée à titre illustratif et non limitatif.
Cette description se réfère aux dessins ci-joints, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en plan d'un dispositif de régulation suivant l'invention en position fermée ; - la figure 2 est une coupe verticale transversale, d'un dispositif de régulation de débit à fermeture coulissante, d'un récipient métallurgique selon l'invention, en position fermée, actionné par une couronne dentée et un pignon d'engrenage :
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- la figure 3 est une coupe verticale longitudinale du dispositif de régulation, montré dans la figure 1, en position fermée ;
- la figure 4 est une vue schématique en plan d'un dispositif de régulation actionné par une couronne dentée et deux vis sans fin-et - la figure 5 est une vue schématique en plan d'un dispositif de régulation actionné par une couronne dentée et deux crémaillères.
Le dispositif de régulation du débit à fermeture coulissante, selon l'invention, d'un récipient métallurgique, est constitué d'un châssis métallique circulaire 1 comportant un encadrement métallique 2 fixé sous le récipient métallurgique.
Dans la figure 1, on reconnaît dans cet encadrement 2, une plaque réfractaire 3 fixe, dite de référence, de préférence de forme circulaire, percée d'un trou de coulée 4 en son centre et raccordée à une busette interne 5.
La plaque de référence 3 peut éventuellement faire corps avec la busette interne 5. La plaque de référence 3 comporte alors un corps de forme générale cylindrique ou conique et une collerette présentant une surface plane de glissement pour une plaque tiroir associée telle que décrite dans le document FR-A-2 643 001.
Le dispositif de régulation du débit comporte également une plaque réfractaire mobile 6, de préférence de forme circulaire, percée également d'un orifice central 7 pour le passage de l'acier.
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La partie mobile du châssis métallique 1 est une couronne dentée 17 portant un dispositif de poussée vers le haut comprenant des rails-guides 18 et des plots 19 disposés dans le prolongement desdit rails et sur lesquels agissent des ressorts à lames 20.
La plaque mobile 6 est montée coulissante par rapport à la plaque de référence 3 contre laquelle elle est appliquée, avec une force considérable de l'ordre de plusieurs tonnes, à l'aide de cartouches à ressorts 21, afin d'empêcher une infiltration de métal liquide entre les plaques 3,6.
La couronne dentée 17 délimite les dimensions de la plaque réfractaire mobile 6 qui présente une surface de glissement en contact avec la plaque de référence 3. La plaque mobile 6 est logée dans une cavité de forme complémentaire ménagée dans la couronne dentée 17.
Le tube de coulée 8 est appuyé contre la face inférieure de la plaque mobile 6 par la série de leviers 30 fixés à l'extrémité des ressorts à lames 20 et alignés dans le prolongement des rails-guides 18.
Le réglage du débit et l'obturation du trou de coulée sont réalisés par déplacement de la plaque mobile 6 par rapport à la plaque de référence 3, en entraînant la couronne dentée 17 en rotation autour d'un centre de rotation peu éloigné du trou de coulée 4. La couronne dentée 17 est entraînée en rotation autour de son centre par un pignon d'engrenage 28 actionné par un moteur électrique 29.
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La zone d'étanchéité est la portion de plaque mobile qui est intacte, autour du trou de coulée. Elle a la forme d'une languette. Elle est déterminée par la trace 22 du trou de coulée sur la plaque mobile. La largeur de la languette doit être au moins égale à la distance minimale de sécurité séparant le trou de coulée de l'orifice de coulée en position d'obturation. La plaque mobile est éventuellement excentrée par rapport à la couronne dentée 17 au cas où l'orifice de coulée 7 est disposé au milieu de la plaque mobile 6.
Cette configuration permet de retourner la plaque 3 en cas d'usure d'une des faces de la plaque 3.
La plaque de référence 3 et la busette 5 peuvent également être deux organes de coulée distincts raccordés étanchément l'un à l'autre.
De même, le dispositif de régulation peut être un dispositif à trois plaques, dont la plaque inférieure sert d'appui au tube de coulée 8.
Dans une deuxième forme de réalisation montrée schématiquement dans la figure 4, du dispositif de régulation suivant l'invention, l'actionnement combiné, à la fois linéaire et rotatif de la plaque mobile est réalisé par deux vis sans fin 15,16, engrenant sur une couronne dentée 17 entourant la plaque susdite 3. La rotation simultanée en sens contraire et à des vitesses périphériques différentes des vis sans fin 15,16 provoque un mouvement de rotation de la couronne dentée 17 dont on peut considérer qu'une partie concentrique roule le long d'une ligne imaginaire située à une distance L-L'de l'orifice central de la plaque.
L'orifice central se déplace et se prolonge le long
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d'une trajectoire esquissant une ébauche de spirale ou d'une courbe résultant d'une rotation et d'une translation telle qu'une cycloîde, une épicloide ou une hypocycloide.
Avec une plaque mobile ainsi conçue, la manoeuvre de fermeture et d'ouverture du dispositif de régulation est effectuée dans l'une ou l'autre moitié de cette plaque et ce, de manière symétrique par rapport à l'axe du trou de coulée.
Il y a donc intérêt à effectuer cette manoeuvre en alternant les deux moitiés de la plaque mobile.
L'alternance s'obtient en modifiant les vitesses de rotation des moteurs 29 des vis sans fin 15,16.
Dans une troisième forme de réalisation, représentée dans la figure 4, le débit de métal liquide est régulé par un déplacement combiné, en translation ou en rotation de la plaque mobile, de manière à varier la section de passage offerte au métal liquide contenu dans le récipient de coulée.
Un déplacement combiné en translation et en rotation est obtenu à l'aide d'un dispositif constitué d'une couronne dentée 17 et de deux crémaillères 13,14 actionnées dans des directions sensiblement parallèles et en sens opposés par des vérins 11, 12.
Sur la figure 5, les orifices de coulée 4,7 de la plaque de référence 3 et de la plaque mobile 6 sont alignés de sorte que la section de passage offerte à l'écoulement est maximale.
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Généralement, le conduit de coulée est en dépression. Cette dépression crée un phénomène de succion qui se traduit par d'éventuelles entrées d'air.
La cinématique de la plaque mobile correspond à un déplacement à la fois par translation et rotation autour d'un centre instantané de rotation qui dépend du déplacement relatif des deux crémaillères 13,14 qui engrènent dans la denture d'une couronne 17 qu'entoure la plaque mobile 6. Par ce déplacement combiné en translation et rotation, le canal de coulée est partiellement obturé et réalise une régulation du débit de coulée. La crémaillère de gauche 13, effectue un déplacement linéaire d'amplitude BC, dans le sens de la flèche F. La crémaillère de droite 14, effectue un déplacement linéaire d'amplitude GH inférieur au déplacement BC.
L'invention permet de réaliser autour du trou de coulée 4 et de l'orifice de coulée 7 de la plaque mobile, une surface de glissement intacte délimitant une zone de sécurité et d'étanchéité destinée à coopérer avec la plaque mobile 6. Cette zone de sécurité doit être particulièrement résistante à l'abrasion et à l'érosion.
Vu le mouvement combiné"rotatif/linéaire"de l'ensemble mobile, la ligne de mouvement de l'axe du trou de coulée change son inclinaison par rapport à la position de départ et donc le point de concentration d'attaque de lèvre par l'usure se déplace suite et en fonction du mouvement de régulation (étranglement).
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Donc l'attaque d'acier pendant le fonctionnement du tiroir n'est plus concentré sur un point de la lèvre (bord d'attaque) mais sur une section plus ou moins grande de cette lèvre. Il en résulte une usure plus uniforme de la lèvre de l'orifice permettant d'utiliser les plaques plus longtemps et avec plus de sécurité.
Lorsque les plaques réfractaires fixes et mobiles amenées à être manoeuvrées fréquement ont un fonctionnement permanent intensif en régulation, les bords des orifices de coulée desdites plaques réfractaires 3,6 sont soumis à une érosion intense et le trou de coulée 4 et l'orifice 7 prennent une forme de plus en plus allongée telle qu'illustrée dans la figure 2. La trace du trou de coulée sur la plaque mobile est une épicycloide décrite sur la plaque mobile lors d'une manoeuvre de fermeture coulissante.
La forme idéale d'une plaque réfractaire du tiroir est circulaire, munie d'un orifice central pour diminuer la tendance à la fissuration de son corps.
Dans cette forme de réalisation, la plaque mobile se déplace de manière à offrir une part proportionnellement la plus élevée possible de la surface de glissement au contact avec l'acier et le mouvement de la plaque permet de varier la localisation du point d'attaque d'acier lors du mouvement de régulation du jet.
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Flow control device with sliding closure of a metallurgical container.
The present invention relates to a flow control device with sliding closure of a metallurgical container, consisting of a metal frame comprising a frame fixed under the metallurgical container and containing a fixed refractory reference plate, pierced with an orifice. casting and a movable refractory plate also pierced with an orifice, slidably mounted relative to the reference plate against which it is pressed using springs and possibly levers, in order to prevent an infiltration of liquid metal between the plates refractory.
Sliding or drawer closures with two or three refractory plates are very common in steel casting plants to conduct, interrupt and regulate the flow of a stream of steel which is led from a pocket to a distributor, and similarly, from a distributor to a mold.
The refractory plates are subjected to strong thermomechanical stresses which generate two critical zones for the plate and which systematically lead to the development on the one hand, of longitudinal cracks from the hole and on the other
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part, two radial cracks initiated at the periphery of the plate and symmetrical with respect to the center of the hole.
The cracks thus formed facilitate the suction of air through the plates with significant consequences on the quality of the steel and the wear of the refractory plates by corrosion.
The factors favoring cracking of the plates are the non-symmetry of the mechanical blocking conditions with respect to the center of the tap hole and the oversize of the diameter of the hole compared to the width of the refractory plate.
It is known that the safe operation of a sliding closure of a metallurgical container depends to a large extent on the dimensions of the sealing and safety zones around the pouring orifices of each of the plates and on the clean and precise fitting of the other refractory elements on said plates. The parallelism of the fixed and mobile plates and a flatness tolerance range of less than 5 / lOOth of a millimeter alone make it possible to constantly achieve a good seal and avoid any risk of trapping the plates.
In sliding plate closers, the central runner is not only either open or closed, but most often partially open. In flow regulation, the refractory plates most often occupy an intermediate position in which the pouring orifices only partially overlap, so as to form a throttling zone which is varied to
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will the flow section of the molten metal in order to modify the resistance to flow of this metal.
The flow rate of the casting can thus be determined as a function of the position occupied by the drawer plate for a given static pressure corresponding to the level of the metal in the casting container.
When the metal, subjected to a ferrostatic pressure, flows through this reduced or throttled section there is a particularly strong mechanical, thermal and chemical stress which is the cause of a particularly pronounced erosion.
Today, the most widely known are the following types of drawers: A) linear drawers; B) the rotary drawers, provided with essentially round refractory plates with one or more orifices which are eccentric with respect to the vertical axis of rotation of these plates.
In addition, from French document FR-A-2 248 106, there is known a drawer shutter for ladles for casting metals, in particular molten steel, comprising two plates, one of which, movable, is detachably retained in a sliding frame and can slide relative to the other plate under which it is arranged, preferably by motorized drive, being pushed against it by pins subjected to the action of springs.
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Whether linear or rotary, any regulating device ensures the tight closure of the flow of molten metal by displacement of the movable hole relative to the fixed hole towards the closed position.
To ensure sealing despite wear of the plate surface by steel during casting, the movable plate must move further and further towards the final closed position.
With new plates, the flow stop can be obtained with minimal overlap. The more the plates wear out, the greater the overlap necessary to obtain the flow stop.
The wear mark on the refractory plates is a range distributed on two sides of the line (straight or curved) of displacement of the center of the movable hole. By observing the worn plates one can observe that the depth of wear is greater in the middle of the track than on its periphery.
Sealing towards the outside is ensured by the still intact surfaces of the plates.
The sealed application of the movable plate against the fixed plate requires a sealed contact area of sufficient width all around the pouring orifice of each of the plates. However, in conventional sliding closure regulating devices for the continuous casting rate, the movable plate undergoes a simple displacement by translation relative to the fixed plate or a simple rotation around a point distant from the tap hole, arranged outside. from the surface of
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contact of the movable plate with the reference plate.
In these known devices, the trace left by the tap hole on the movable plate causes the wear of the refractory plates. As the plates wear out, the sealing zone decreases and possibly endangers the safety of the switchgear in the fully closed position.
Virtually any undamaged surface on the molten metal path will block the flow. From which we can draw the conclusion that the determining factor of tightness between two tap holes is the length of the center line of the wear trace and not the distance between the tap hole and the pour hole of the movable plate in the "final closing" position.
The disadvantages of known linear and rotary sliding regulating devices are: 1) The marginal use of the entire contact surface of the refractory plates of the drawers.
Only a small part of the plate is exposed to molten steel.
The available surface offered for erosion concerns only a single strip of width equal to the diameter of the pouring orifice. The sealing zone, arranged on either side of this strip is in some way unused.
Similarly, in a rotary regulating device with sliding closure, the available area reserved for erosion of a circular movable plate with
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two eccentric holes is quite negligible because the widening in an arc of the tap holes quickly causes the rupture of the plate and the leakage of a large quantity of liquid metal outside the device.
2) The orifices are necessarily off-center with respect to the external shape of the plate, which does not make it possible to offer the best “anti-cracking” shape; as suggested in the article by D.
Thémines and J. Poirier, published in the Revue de
ATS Metallurgy Steel Days 92 Paris
16-17 Dec 1992, p. 192 and 193, it is the round shape with the central opening which offers the best defense against the conditions for the creation of cracks in the refractory plates of drawers for casting molten metal.
3) It has been found in practice that the wear of the refractory plates occurs in a very irregular manner over part of the circumference of the pouring orifice.
The attack of the molten metal on the edge of the orifice, that is to say the lip of the tap hole, during the movement and the regulation adjustment (often called "throttling position of metal jet in fusion ") is directed and concentrated in the same direction as the line of movement (straight line or displacement circle) from the center of the pouring orifice and at the same point being on the intersection of this line (straight or curve) and the edge of the orifice of the fixed and / or movable plate. The position of this point of attack does not vary and remains the same when the movable orifice is moved relative to the fixed orifice (regulation movement or
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throttling). This is the reason for a very high concentration of wear of the lip on a very small section of the plate and of the edge of the orifice.
However, when the two plates have a symmetrical shape, they can, once worn on one side, be removed from the drawer shutter after opening thereof and be replaced there after having been rotated 180 around their axis. However, handling these parts brought to red after casting is difficult and there is always the danger of cracking as a result of thermal shock caused by opening the shutter and extracting these parts out of the latter.
Until now, the only method which made it possible to use a drawer with round plates having a central hole, was a linear drawer. Therefore, and because of the length of the stroke required for effective and safe closure, the refractory plates would have been large, not satisfactory from the point of view of profitability, operational cost and the weight of the plates so important that their manipulation by the operators would have been difficult.
From the above it is obvious that it is the refractory elements of the drawers which decide by their quality, their longevity and their shape, the success of the application of a drawer in a steel casting process.
In the applications known to date, the refractory plates of linear regulation devices or
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the flow rate of a molten metal pouring jet perish mainly from the following causes: - mechanical, thermal or chemical attack concentrated on a section of the lip of the tap hole as well as in the zone of contact of steel with the sliding surface, which corresponds to the closure zone on this surface and represents a small portion of the total surface; - cracking of the plates on the surface and / or in the body, this leads to the destruction of the plate in different ways:
the plate disintegrates mechanically under the pressure and tension, to which it is subjected during its use in casting, the cracks allow the ambient air to penetrate the body of the plate, causing the oxidation of the refractory material and leading quickly to the disintegration of the body of the plate.
This cracking seems to have played an important role among the causes of dangerous accidents due to the infiltration of steel between the plates as well as other types of perforation of the molten metal pouring channel. It can also very adversely affect the quality of the steel product by allowing undesirable entry of air in the immediate vicinity of the stream of metal being cast.
The present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and for this purpose proposes a device for regulating the flow, of small bulk, in
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which the movable plate is substantially round, provided with a central orifice and capable of being actuated intensively in any positions of advance.
In fact, the ideal shape of a movable plate is circular, provided with a central opening to reduce the tendency to cracking.
The device for regulating the flow of a metallurgical container with sliding closure is of the type described in the preamble of claim 1. This device is characterized in that the movable sliding closure plate performs a movement comprising at least one rotation in the plane sliding around a center of rotation not far from the edge of the tap hole by a distance between one tenth of the diameter of the tap hole.
According to a feature of the invention, the trace of the center of the taphole of the fixed reference plate on the movable plate is a semi-circumference in an arc of a circle or a curved path, the radius of curvature of which is equal to 1 , 2 to 2 times the radius of the tap hole.
In a particular embodiment, the regulating device comprises two racks which mesh on a crown surrounding the aforementioned movable plate and acting along lines of parallel forces at diametrically opposite points of the circular movable plate in opposite directions and different amplitudes .
In a second embodiment, the regulating device comprises two worms which mesh
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on a crown surrounding the aforementioned movable plate and acting along lines of parallel forces at diametrically opposite points of the circular movable plate in opposite directions and at different amplitudes.
In this embodiment, the combination of the movements of two screws independent of each other allows the movable plate to make very varied movements.
Another embodiment makes it possible to simplify the mechanical device but is a solution limiting the variety of movable plate movements to a rotary movement whose radius is fixed and determined by the offset of two plates (fixed and mobile) in the closed position.
The features and details of the invention as well as other features will become apparent during the following detailed description of a particular embodiment of the device for regulating the flow rate of the casting jet according to the invention, given by way of illustration and not limiting.
This description refers to the attached drawings, in which: - Figure 1 is a plan view of a regulating device according to the invention in the closed position; FIG. 2 is a vertical cross-section of a flow control device with sliding closure, of a metallurgical container according to the invention, in the closed position, actuated by a toothed ring and a gear pinion:
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- Figure 3 is a longitudinal vertical section of the control device, shown in Figure 1, in the closed position;
- Figure 4 is a schematic plan view of a regulating device actuated by a toothed crown and two worms - and - Figure 5 is a schematic plan view of a regulating device actuated by a toothed crown and two racks.
The flow control device with sliding closure, according to the invention, of a metallurgical container, consists of a circular metal frame 1 comprising a metal frame 2 fixed under the metallurgical container.
In FIG. 1, we recognize in this frame 2, a fixed refractory plate 3, said to be of reference, preferably of circular shape, pierced with a tap hole 4 in its center and connected to an internal nozzle 5.
The reference plate 3 can optionally be integral with the internal nozzle 5. The reference plate 3 then comprises a body of generally cylindrical or conical shape and a flange having a flat sliding surface for an associated drawer plate as described in the document FR-A-2 643 001.
The flow control device also includes a movable refractory plate 6, preferably of circular shape, also pierced with a central orifice 7 for the passage of steel.
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The movable part of the metal frame 1 is a ring gear 17 carrying an upward pushing device comprising guide rails 18 and studs 19 arranged in the extension of said rails and on which leaf springs 20 act.
The movable plate 6 is slidably mounted relative to the reference plate 3 against which it is applied, with a considerable force of the order of several tonnes, using spring cartridges 21, in order to prevent infiltration of liquid metal between the plates 3.6.
The toothed crown 17 delimits the dimensions of the mobile refractory plate 6 which has a sliding surface in contact with the reference plate 3. The mobile plate 6 is housed in a cavity of complementary shape made in the toothed crown 17.
The pouring tube 8 is pressed against the underside of the movable plate 6 by the series of levers 30 fixed to the end of the leaf springs 20 and aligned in the extension of the guide rails 18.
The adjustment of the flow rate and the closing of the taphole are carried out by displacement of the movable plate 6 with respect to the reference plate 3, by driving the toothed crown 17 in rotation around a center of rotation not far from the casting 4. The ring gear 17 is rotated around its center by a gear pinion 28 actuated by an electric motor 29.
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The sealing zone is the portion of movable plate which is intact, around the tap hole. It has the shape of a tongue. It is determined by trace 22 of the tap hole on the movable plate. The width of the tongue must be at least equal to the minimum safety distance separating the tap hole from the tap hole in the closed position. The movable plate is optionally eccentric relative to the ring gear 17 in the case where the pouring orifice 7 is placed in the middle of the movable plate 6.
This configuration makes it possible to return the plate 3 in the event of wear of one of the faces of the plate 3.
The reference plate 3 and the nozzle 5 can also be two separate casting members which are tightly connected to one another.
Likewise, the regulating device can be a device with three plates, the lower plate of which serves as a support for the pouring tube 8.
In a second embodiment shown diagrammatically in FIG. 4, of the regulation device according to the invention, the combined actuation, both linear and rotary of the movable plate is carried out by two endless screws 15,16, meshing on a toothed ring 17 surrounding the above-mentioned plate 3. Simultaneous rotation in opposite directions and at different peripheral speeds of the worm 15,16 causes a rotation movement of the toothed ring 17 of which it can be considered that a concentric part rolls the along an imaginary line located at a distance L-L'from the central orifice of the plate.
The central hole moves and extends along
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of a trajectory sketching a draft spiral or a curve resulting from a rotation and a translation such as a cycloid, an epicloid or a hypocycloide.
With a movable plate thus designed, the closing and opening operation of the regulating device is carried out in one or the other half of this plate and this, symmetrically with respect to the axis of the tap hole.
It is therefore advantageous to carry out this maneuver by alternating the two halves of the movable plate.
The alternation is obtained by modifying the rotational speeds of the motors 29 of the worms 15,16.
In a third embodiment, shown in FIG. 4, the flow of liquid metal is regulated by a combined movement, in translation or in rotation of the movable plate, so as to vary the cross-section offered to the liquid metal contained in the pouring vessel.
A combined movement in translation and in rotation is obtained using a device consisting of a toothed ring 17 and two racks 13,14 actuated in substantially parallel directions and in opposite directions by jacks 11, 12.
In FIG. 5, the pouring orifices 4,7 of the reference plate 3 and of the movable plate 6 are aligned so that the passage section offered to the flow is maximum.
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Generally, the casting duct is under vacuum. This depression creates a suction phenomenon which results in possible air inlets.
The kinematics of the movable plate corresponds to a displacement both by translation and rotation around an instantaneous center of rotation which depends on the relative displacement of the two racks 13,14 which mesh in the teeth of a crown 17 which surrounds the movable plate 6. By this combined movement in translation and rotation, the pouring channel is partially closed and regulates the pouring rate. The left rack 13, performs a linear displacement of amplitude BC, in the direction of arrow F. The right rack 14, performs a linear displacement of amplitude GH less than the displacement BC.
The invention makes it possible to produce around the taphole 4 and the pouring orifice 7 of the movable plate, an intact sliding surface delimiting a safety and sealing zone intended to cooperate with the movable plate 6. This zone must be particularly resistant to abrasion and erosion.
In view of the combined "rotary / linear" movement of the mobile assembly, the line of movement of the axis of the taphole changes its inclination relative to the starting position and therefore the point of concentration of lip attack by l 'wear moves away and according to the regulation movement (throttling).
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So the steel attack during the operation of the drawer is no longer concentrated on a point of the lip (leading edge) but on a more or less large section of this lip. This results in a more uniform wear of the lip of the orifice allowing the plates to be used longer and with more security.
When the fixed and mobile refractory plates brought to be operated frequently have an intensive permanent operation in regulation, the edges of the pouring orifices of said refractory plates 3,6 are subjected to intense erosion and the taphole 4 and the orifice 7 take an increasingly elongated shape as illustrated in FIG. 2. The trace of the taphole on the movable plate is an epicycloid described on the movable plate during a sliding closing operation.
The ideal shape of a refractory plate of the drawer is circular, provided with a central opening to reduce the tendency to cracking of its body.
In this embodiment, the movable plate moves so as to offer a proportionally the highest possible part of the sliding surface in contact with the steel and the movement of the plate makes it possible to vary the location of the point of attack d steel during the jet regulating movement.