BE1012281A3 - Quenouille. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une quenouille monobloc dont l'étanchéité aux gaz est améliorée. En particulier, la quenouille de la présente invention comporte un corps de matériau réfractaire constitué, au moins partiellement, d'un matériau réfractaire relativement imperméable aux gaz.
Description
<Desc/Clms Page number 1> Quenouille. Description. La présente invention se rapporte à une nouvelle quenouille pour réguler l'écoulement d'un métal en fusion à partir d'un groupe de coulée, par exemple d'acier ou de fonte à partir d'un répartiteur ou d'une poche de coulée et, plus particulièrement à une quenouille monobloc qui comporte des moyens pour la fixer à un mécanisme de levage et pour introduire un gaz inerte, tel que l'argon, dans le bain de métal en fusion pendant les opérations de coulée continue. Une telle quenouille et son utilisation sont bien connues de l'homme du métier, en particulier grâce aux brevets US 4,946, 083 et 5,024, 422 auxquels on se réfère. Ces documents décrivent entre autres, une quenouille monobloc pouvant être reliée à une conduite d'alimentation en gaz, comprenant : a) un corps de matériau réfractaire allongé comportant un alésage positionné coaxialement par rapport au corps de la quenouille et adapté à recevoir fixement une tige de métal en vue de sa fixation à un mécanisme de levage. L'alésage axial du corps de matériau réfractaire comporte une partie élargie présentant une surface d'étanchéité annulaire espacée de l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire. Les moyens de fixation de la tige en métal sont généralement positionnés entre la partie élargie et l'extrémité inférieure du corps de matériau réfractaire. En son extrémité inférieure, le corps de matériau réfractaire comporte des moyens d'introduction de gaz dans le bain de métal en fusion ; et b) une tige allongée métallique fixée au corps du matériau réfractaire et comprenant un alésage axial communiquant en sa partie inférieure avec l'alésage du corps de matériau réfractaire. La tige comporte une collerette portant une surface d'étanchéité annulaire faisant face à la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire en sorte de définir une étanchéité aux gaz. L'extrémité supérieure de la tige est adaptée à être fixée à un mécanisme de levage permettant de déplacer verticalement la quenouille à l'intérieur d'un groupe de coulée tel qu'un répartiteur. Des moyens de fixation au corps de matériau réfractaire sont généralement positionnés entre la collerette et l'extrémité inférieure de la tige en métal. La quenouille est reliée à une conduite d'alimentation en gaz, généralement, mais pas obligatoirement, au travers de l'extrémité supérieure de la tige. Lors de l'utilisation d'une telle quenouille, le gaz introduit est conduit vers l'alésage axial du corps de matériau réfractaire, en sa partie inférieure. Grâce aux moyens d'introduction de gaz dans le bain de métal en fusion dont dispose le corps de matériau réfractaire en sa partie inférieure, la quenouille permet l'introduction de gaz dans le bain de métal en fusion. Les surfaces d'étanchéité annulaires de la tige et du corps de <Desc/Clms Page number 2> matériau réfractaire se faisant face évitent d'importantes déperditions de gaz inerte ainsi que les infiltrations d'air. Pour améliorer encore cette étanchéité, on a proposé de placer un joint annulaire d'étanchéité aux gaz entre ces surfaces d'étanchéité. Le brevet US 4,946, 083 par exemple indique que lorsqu'un joint présentant une épaisseur d'environ 0,4 mm et réalisé en matériau résistant à une haute température, par exemple le graphite, est en place, l'interface entre les surfaces d'étanchéité annulaires de la tige et du corps de matériau réfractaire fournissent une étanchéité capable de résister à une pression atteignant jusqu'à 3 bars. Cette étanchéité est essentielle pour la coulée d'un métal en fusion de qualité. En premier lieu, il est nécessaire d'assurer lors de la coulée, une bonne protection contre les infiltrations d'air responsables de l'oxydation du métal en fusion. D'autre part, il est également indispensable de minimiser les pertes de gaz inerte qui induisent des surcoûts de production loin d'être négligeables. Les systèmes en usage à l'heure actuelle ne fournissent toutefois pas encore de solution totalement satisfaisante de ces deux points de vue. Poursuivant ses travaux de recherche dans ce domaine, la demanderesse a découvert que ces problèmes sont dus au fait que, pour différentes raisons (dévissage de la tige, dilatation de la tige,...), une perte d'étanchéité pouvait se produire au niveau du joint d'étanchéité entre les surfaces d'étanchéité annulaires de la tige et du corps de matériau réfractaire se faisant face. La demanderesse a alors découvert que l'étanchéité de la quenouille pouvait être améliorée en utilisant un corps de matériau réfractaire d'un type particulier. Selon la présente invention, on utilise une quenouille comportant un corps de matériau réfractaire monobloc constituée, au moins partiellement, d'un matériau réfractaire relativement imperméable aux gaz. La présente invention concerne donc une quenouille monobloc pouvant être reliée i une conduite d'alimentation en gaz comprenant : un corps de matériau réfractaire allongé comportant i) un alésage positionné coaxialement par rapport au corps de la quenouille et adapté à recevoir fixement une tige de métal en vue de sa fixation à un mécanisme de levage, l'alésage axial du corps de matériau réfractaire comportant une partie élargie présentant une surface d'étanchéité annulaire espacée de l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire ; ii) des moyens de fixation de ladite tige en métal ; et iii) en son extrémité inférieure, des moyens d'introduction de gaz dans le bain de métal en fusion ; et une tige allongée métallique fixée au corps du matériau réfractaire <Desc/Clms Page number 3> i) comprenant un alésage axial communiquant en sa partie inférieure avec l'alésage du corps de matériau réfractaire ; et ii) adaptée en son extrémité supérieure à être fixée à un mécanisme de levage permettant de déplacer verticalement la quenouille à l'intérieur d'un groupe de coulée qui se caractérise en ce que ledit corps de matériau réfractaire est constitué, au moins partiellement, d'un matériau réfractaire relativement imperméable aux gaz. Par matériau relativement imperméable au gaz, on entend un matériau dont la perméabilité spécifique (exprimée en m2) aux environs de la température d'utilisation de la quenouille est inférieure à celle des matériau conventionnellement utilisés. De préférence, la perméabilité spécifique aux environs de la température d'utilisation de la quenouille du matériau réfractaire relativement imperméable est inférieure à la moitié de celle des matériau conventionnellement utilisés. Les matériaux conventionnels ont en général un perméabilité spécifique comprise entre 5. 10 et 5. 10-16. Les matériaux relativement imperméables qui sont préférés selon la présente invention ont une perméabilité spécifique inférieure à 5. 10-17 m2. Des matériaux réfractaires relativement imperméables aux gaz qui conviennent sont choisis parmi les mélanges auxquels ont été incorporés des additifs capable d'abaisser le diamètre moyen des pores. Ces additifs sont bien connus de l'homme du métier. Par exemple, on peut incorporer à la composition de matériau réfractaire des agents fondants tels que les alcalins (Na20, K20, CaO, B203'...), les silices, etc. On peut également incorporer des éléments métalliques qui forment des carbures lorsqu'ils sont portés à haute température. On peut également choisir de définir le diamètre moyen de pores en mettant en oeuvre une composition en poudre dont la granulométrie est choisie en sorte d'abaisser le diamètre moyen des pores. On peut bien évidemment combiner une ou plusieurs de ces méthodes. De préférence, on incorpore à la composition de matériau réfractaire des agents fondants. La demanderesse a toutefois constaté qu'il était peu aisé d'obtenir un matériau réfractaire présentant un bon compris entre ses propriétés d'imperméabilité et de résistance à la corrosion par l'acier liquide. Dès lors, selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le corps de matériau réfractaire est constitué d'au moins deux matériaux réfractaires différents ; le corps de matériau réfractaire comprenant une première partie constituée d'un mélange relativement imperméable aux gaz enveloppant substantiellement la région dans laquelle est positionné le joint d'étanchéité et une deuxième partie constituée d'un matériau réfractaire résistant à la corrosion par les métaux en fusion. Selon ce mode de réalisation, la partie du corps de matériau réfractaire en contact avec le métal en fusion est de préférence constituée essentiellement d'un matériau réfractaire résistant à la corrosion, alors que la partie constituée d'un mélange relativement imperméable aux gaz enveloppant <Desc/Clms Page number 4> substantiellement la région dans laquelle est positionné le joint d'étanchéité n'est pas en contact avec le métal en fusion. Dans ce cas, par matériau relativement imperméable au gaz, on entend un matériau dont la perméabilité spécifique (exprimée en m2) aux environs de la température d'utilisation de la quenouille est inférieure à celle du (ou des) matériau (x) résistant à la corrosion. De préférence, la perméabilité spécifique aux environs de la température d'utilisation de la quenouille du matériau réfractaire relativement imperméable est inférieure à la moitié de celle du matériau résistant à la corrosion. Les matériaux conventionnels résistant à la corrosion ont en général un perméabilité spécifique comprise entre 5. 10-17 et 5. 10-16. Les matériaux relativement imperméables qui sont préférés selon la présente invention ont une perméabilité spécifique inférieure à 5. 10-17 m2. On peut préparer le corps de matériau réfractaire selon la présente invention par toutes les techniques conventionnelles bien connues de l'homme du métier, en particulier, ce corps de matériau réfractaire peut être préparé par pressage à froid ou à chaud ou encore par pressage isostatique. Pour des raisons de facilités, dans le cas où le corps de matériau réfractaire est constitué de plusieurs matériaux réfractaires différents, on préfère presser au préalable au moins une des parties, en général, la partie la moins accessible. En règle général, on préférera donc presser au préalable la partie du corps de matériau réfractaire enveloppant la région dans laquelle est positionné le joint d'étanchéité. La quenouille dont il est question dans la présente demande de brevet est, substantiellement similaire à celle qui est décrite dans les brevets US 4,946, 083 et 5,024, 422 auxquels on se réfère. En variante, on peut également utiliser une quenouille qui comporte également des moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité en contact avec la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire tels qu'ils sont décrits dans notre demande de brevet belge déposée le même jour que la présente demande de brevet. Les figures 1 et 2 sont des vues fragmentaire en section transversale de l'extrémité supérieure d'une quenouille conforme à ces modes de réalisation de l'invention. Sur ces figures, la quenouille 1 comprend un corps de matériau réfractaire allongé 2 avec un alésage axial 3 s'étendant de son extrémité supérieure 4 vers son extrémité inférieure (non représentée). En son extrémité inférieure, le corps de matériau réfractaire est pourvu de moyens d'introduction de gaz inerte (non représentés) dans le bain de métal. Le corps de matériau réfractaire comporte en outre des moyens de fixation 5 d'une <Desc/Clms Page number 5> tige en métal 6. La tige en métal 6 comporte également un alésage axial 7 qui la traverse de son extrémité supérieure 8, vers son extrémité inférieure 9. L'extrémité supérieure 8 est adaptée pour recevoir un raccord (non représenté) pour l'alimentation d'un gaz inerte. De plus, l'extrémité supérieure 8 de la tige est adaptée à être fixée à un mécanisme de levage (non représenté). Un gaz sous pression tel que l'argon est introduit dans l'alésage axial 3 du corps de matériau réfractaire par l'intermédiaire de la tige 6 et est conduit vers le bain de métal à travers l'extrémité inférieure du corps de matériau réfractaire. Le corps de matériau réfractaire 2 comporte une partie élargie 10 formant une surface d'étanchéité. Deux joints de graphite (11 et 11') reposent sur cette surface d'étanchéité et évitent ainsi les infiltrations d'air ou les pertes de gaz inerte. Le corps de matériau réfractaire 2 est constitué de deux matériaux réfractaires différents ; le corps de matériau réfractaire comprenant une première partie 16 constituée d'un mélange relativement imperméable aux gaz enveloppant substantiellement la région dans laquelle est positionné le (s) joints) d'étanchéité 11 (et 11') et une deuxième partie 17 constituée d'un matériau réfractaire résistant à la corrosion par les métaux en fusion. Sur la figure 1, la tige en métal 6 comporte une collerette 12 portant une surface d'étanchéité annulaire faisant face à la surface d'étanchéité annulaire 10 de l'alésage du corps de matériau réfractaire en sorte de définir une étanchéité aux gaz. Sur la figure 2, un manchon 14 est ajusté sur la tige 6 et maintien en compression les joints 11 et 11'. La partie supérieure du manchon est bloquée par une rondelle 13, elle-même retenue par un écrou 15. De préférence, la rondelle 13 est en contact avec l'extrémité supérieure 4 du corps du matériau réfractaire 2 afin de conférer une rigidité accrue à l'assemblage. Le manchon 14 est constitué d'un matériau possédant un coefficient d'expansion thermique supérieur à celui de la tige en métal 6 et possède une longueur suffisante en sorte que, sous l'effet de la température à laquelle est portée la quenouille pendant la coulée, il se dilate suffisamment vers l'extrémité inférieure de la tige en métal pour au moins compenser l'effet de la dilatation de la tige en métal. D'une manière préférée, la dilatation du manchon compense substantiellement exactement la dilatation de la tige en métal. Comme on peut le voir sur la figure 2, le manchon 14 peut faire saillie à l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire 2 si cela s'avère nécessaire pour permettre une longueur suffisante du manchon. Le manchon 14 est ajusté sur la tige en métal 6 et forme avec celle-ci un assemblage libre, tournant, glissant ou glissant juste. L'extrémité supérieure du manchon 14 vient buter sur des moyens de blocage 13 et 15 disposés fixement sur la <Desc/Clms Page number 6> tige en métal 6, en sorte que, sous l'effet de la dilatation, le manchon 14 s'allonge axialement uniquement dans la direction opposée auxdits moyens de blocage. Le matériau constituant le manchon ainsi que sa longueur sont choisis en fonction des dimensions et des matériaux constituants la tige en métal (généralement usinée à partir d'une barre d'acier avec un coefficient d'expansion thermique de l'ordre de 12,5 pmOC-1) et le corps de matériau réfractaire (typiquement constitué d'un matériau réfractaire obtenu par pressage isostatique avec un coefficient d'expansion thermique de 3 à 6 im"C-1). On détermine aisément le matériau constituant le manchon ainsi que sa longueur à partir des principes de bases de la thermophysique. Partant des valeurs ainsi déterminées en première approximation et qui fournissent généralement déjà d'excellents résultats, on peut ensuite optimiser le système en procédant par essais et erreurs sans que cela ne présente aucune difficulté. Selon l'invention, le manchon est constitué d'un matériau à haut coefficient d'expansion thermique capable de résister aux températures élevées à laquelle est soumise la quenouille pendant la coulée. Par exemple, on peut utiliser des matériaux réfractaires à haut coefficient d'expansion thermique comme la magnésie frittée. Les matériaux de prédilection à cet usage se trouvent toutefois parmi les métaux ou les alliages métalliques à haut coefficient d'expansion thermique et possédant un point de fusion élevé. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, la quenouille comporte er outre des moyens destinés à empêcher la tige en métal de se retirer du corps de matériau réfractaire. De tels moyens sont décrits dans notre demande de brevet belge déposée le même jour que la présente demande de brevet. Ainsi, si l'on a utilisé un insert métallique possédant un alésage interne axial fileté ancré dans le corps de matériau réfractaire en tant que moyen de fixation de la tige au corps de matériau réfractaire, on empêchera la tige de se dévisser de l'insert en la munissant d'une paire de méplats parallèles à la hauteur de la sortie du corps de matériau réfractaire et en appuyant sur ces méplats une bride à fourche solidaire liée fixement au corps de matériau réfractaire. Cette liaison fixe peut être réalisée par une goupille insérée dans un puits creusé au travers de la bride à fourche et se prolongeant dans le corps de matériau réfractaire.
Claims (10)
1. Quenouille monobloc pouvant être reliée à une conduite d'alimentation en gaz comprenant : a) un corps de matériau réfractaire allongé comportant allongé comportant i) un alésage positionné coaxialement par rapport au corps de la quenouille et adapté à recevoir fixement une tige de métal en vue de sa fixation à un mécanisme de levage, l'alésage axial du corps de matériau réfractaire comportant une partie élargie présentant une surface d'étanchéité annulaire espacée de l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire ; ii) des moyens de fixation de ladite tige en métal ; et iii) en son extrémité inférieure, des moyens d'introduction de gaz dans le bain de métal en fusion ;
et b) une tige allongée métallique fixée au corps du matériau réfractaire i) comprenant un alésage axial communiquant. en sa partie inférieure avec l'alésage du corps de matériau réfractaire ; et ii) adaptée en son extrémité supérieure à être fixée à un mécanisme de levage permettant de déplacer verticalement la quenouille à l'intérieur d'un groupe de coulée ; caractérisée en ce que ledit corps de matériau réfractaire est constitué, au moins partiellement, d'un matériau réfractaire relativement imperméable aux gaz.
2. Quenouille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau relativement imperméable aux gaz est choisi parmi les matériaux réfractaires incorporant des additifs capable d'abaisser le diamètre moyen des pores comme des agents fondants et/ou des éléments métalliques qui forment des carbures lorsqu'ils sont portés à haute température.
3. Quenouille selon la revendication2, caractérisée en ce que le matériau relativement imperméable aux gaz est choisi parmi les matériaux incorporant des agents fondants choisis parmi les oxydes alcalins ou les silices.
4. Quenouille selon la revendication l, caractérisée en ce que le matériau relativement imperméable aux gaz est préparé au départ d'une composition en poudre dont la granulométrie est définie en sorte d'obtenir un matériau à perméabilité spécifique réduite.
5. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le matériau relativement imperméable aux gaz possède une perméabilité
<Desc/Clms Page number 8>
spécifique inférieure à la moitié de celle des matériaux réfractaires conventionnels.
6. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le matériau relativement imperméable aux gaz possède une perméabilité spécifique inférieure à 5. 10-17 m2.
7. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps de matériau réfractaire est constitué d'au moins deux matériaux réfractaires différents, une première partie constituée d'un mélange relativement imperméable aux gaz enveloppant substantiellement la région dans laquelle est positionné le joint d'étanchéité et une deuxième partie constituée d'un matériau réfractaire résistant à la corrosion par les métaux en fusion.
8. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'étanchéité entre la tige et la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire est assuré par une collerette positionnée sur la tige.
9. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte également des moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité en contact avec la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire.
10. Quenouille selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un manchon ajusté sur la tige en tant que moyen de maintien de la compression du joint d'étanchéité.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RE | Patent lapsed |
Effective date: 20031130 |