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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 constitués d'un insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire et comportent un alésage fileté interne positionné coaxialement par rapport au corps de matériau réfractaire.
Ledit insert est généralement positionné 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 comprenant un alésage axial communiquant en sa partie inférieure avec l'alésage du corps de matériau réfractaire. La tige comporte en sa partie inférieure un filetage sur sa surface externe positionné coaxialement par rapport à son alésage axial et adapté à être vissé dans le filetage interne de l'insert métallique en sorte de fixer la tige métallique au corps de matériau réfractaire.
La tige comporte également une collerette portant une surface d'étanchéité annulaire faisant face à la surface d'étanchéité annulaire de l'alésage 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
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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 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 le joint d'étanchéité entre les surfaces d'étanchéité annulaires de la tige et du corps de matériau réfractaire se faisant face ne reste pas en compression pendant toute l'opération de coulée.
On estime que cette perte de compression du joint d'étanchéité est due, au moins en partie, au fait que la tige métallique se dévisse de l'insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire. En particulier, sous l'effet des vibrations auxquelles est soumise la quenouille pendant la coulée, la tige de métal peut se dévisser de l'insert métallique. Ce dévissage de la tige en métal a pour effet d'écarter les surfaces d'étanchéité annulaires de la tige et du corps de matériau réfractaire et, par voie de conséquence, de réduire la compression du joint d'étanchéité avec toutes les conséquences néfastes dont il a été question ci-dessus.
Selon la présente invention, on pallie ce problème en dotant la quenouille de moyens empêchant la tige en métal de se dévisser de l'insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire.
La quenouille dont il est question dans la présente demande de brevet est,
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nonobstant les moyens empêchant la tige en métal de se dévisser de l'insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire, substantiellement similaire à celle qui est décrite dans les brevets US 4,946, 083 et 5,024, 422 auxquels on se réfère.
La présente invention concerne donc une quenouille monobloc pouvant être reliée à 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) un insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire et comportent un alésage fileté interne positionné coaxialement par rapport au corps de matériau réfractaire, destiné à la 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 i) vissée dans le filetage interne de l'insert métallique ; ii) comprenant un alésage axial communiquant en sa partie inférieure avec l'alésage du corps de matériau réfractaire ; iii) comportant 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 ;
et iv) 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 qu'elle comporte en outre des moyens empêchant la tige en métal de se dévisser de l'insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire.
Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'empêcher la tige en métal d'effectuer un mouvement de rotation relativement à l'insert et donc relativement au corps de matériau réfractaire. La demanderesse a trouvé qu'en munissant la tige, à la hauteur de sa sortie du corps de matériau réfractaire, d'une paire de méplats parallèles et en appuyant sur ces méplats une bride à fourche reposant sur l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire dont elle est solidaire, on obtenait l'effet recherché.
La bride à fourche peut se présenter sous diverses formes conventionnelles bien connues de l'homme du métier qui conviennent toutes à la mise en oeuvre de l'invention. On préfère utiliser une bride à fourche dont le corps est de section substantiellement circulaire, en sorte que la bride à fourche présente une large surface de contact avec l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire afin de conférer
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une rigidité accrue à l'assemblage. Dans ce cas, un écrou vissé sur la tige en métal bloque le bride en contact avec la surface de l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire.
La bride à fourche est réalisée en un matériau pouvant supporter les températures auxquelles sera soumise la partie supérieure de la quenouille. Un matériau adéquat est l'acier.
On peut solidariser la bride à fourche avec le corps de matériau réfractaire de plusieurs manières. Selon une forme de réalisation de l'invention, la bride à fourche présente à sa périphérie un puits creusé de part en part et substantiellement perpendiculaire à sa surface en registre avec un puits de diamètre substantiellement similaire creusé dans la partie supérieure du corps de matériau réfractaire. On solidarise la bride à fourche au corps de matériau réfractaire en plaçant une goupille à travers les deux puits.
Cette forme de réalisation présente toutefois le désavantage que si les puits ont été creusé avant l'assemblage, il se peut qu'ils ne soient pas exactement en registre ; dès lors, il est préférable de creuser les puits au moment de l'assemblage, par exemple au moyen d'un engin de forage.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la bride à fourche présente en sa partie inférieure une protubérance en registre avec une encoche de forme substantiellement similaire creusée dans la partie supérieure du corps de matériau réfractaire. Cette solution à l'avantage de requérir un minimum d'opérations au moment de l'assemblage de la quenouille.
La figure 1 représente une vue fragmentaire en section transversale de l'extrémité supérieure d'une quenouille conforme à l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent des vues isométriques de deux types de bride à fourche convenant selon la présente invention.
Sur La figure 1, 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 tige en métal 6. Ces moyens de fixation sont représentés sur la figure 1 par un insert métallique ancré dans le corps de matériau réfractaire 2 et comportent un alésage fileté interne positionné coaxialement par rapport au corps de matériau réfractaire. La tige en métal 6 est vissée dans le filetage interne de l'insert métallique et 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
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(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. Un ou plusieurs 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.
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.
La tige 6 est également pourvue d'une paire de méplats 13 parallèles à la hauteur de l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire.
La quenouille 1 comprend également une bride à fourche 13 reposant à l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire 2 et s'appuyant sur les méplats 13 de la tige en sorte que la tige 6 ne puisse effectuer de mouvement de rotation autour de son axe central indépendamment de la bride à fourche 13. La bride à fourche 13 présente un puits 15 la traversant de part en part aux environs de sa périphérie. L'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire 2 présente également un puits 16 en registre avec le puits 15 de la bride 13. Pour solidariser la bride 13 au corps de matériau réfractaire 2, on a introduit une goupille 17 dans les puits 15 et 16.
Un écrou 18 bloque la bride 13 en contact avec l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire en sorte de conférer une rigidité accrue à l'assemblage.
La figure 2 représente une bride à fourche 13, dont le corps est de section circulaire, présentant un puits 15 la traversant de part en part aux environs de sa périphérie et destiné à recevoir une goupille (non représentée).
La figure 3 représente une bride à fourche 13, dont le corps est de section circulaire, présentant à sa surface inférieure une protubérance 19 destinée à entrer dans une encoche de forme substantiellement similaire creusée dans la partie supérieure du corps de matériau réfractaire.
Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, la quenouille 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. Dans le cas où l'on utilise un manchon en tant que moyen de maintien de la compression du joint d'étanchéité, la collerette de la tige en métal peut être omise : dans ce cas également, la bride à fourche peut jouer avantageusement le rôle de moyen de blocage et remplacer la rondelle.
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Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le corps de matériau réfractaire de la quenouille est constitué au moins partiellement d'un matériau réfractaire relativement imperméable aux gaz. Tout particulièrement, 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.
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Distaff.
Description.
The present invention relates to a new stopper rod for regulating the flow of molten metal from a casting group, for example steel or cast iron from a distributor or a ladle and, more particularly to a one-piece stopper rod which comprises means for fixing it to a lifting mechanism and for introducing an inert gas, such as argon, into the bath of molten metal during the continuous casting operations.
Such a stopper and its use are well known to those skilled in the art, in particular thanks to US patents 4,946, 083 and 5,024, 422 to which reference is made.
These documents describe, among other things, a one-piece stopper rod which can be connected to a gas supply pipe comprising: a) a body of elongated refractory material comprising a bore positioned coaxially with respect to the body of the stopper rod and adapted to fixedly receive a rod of metal for attachment to a lifting mechanism. The axial bore of the body of refractory material has an enlarged portion having an annular sealing surface spaced from the upper end of the body of refractory material. The metal rod fixing means consist of a metal insert anchored in the body of refractory material and comprise an internal threaded bore positioned coaxially with respect to the body of refractory material.
Said insert is generally positioned between the enlarged part and the lower end of the body of refractory material. At its lower end, the body of refractory material comprises means for introducing gas into the bath of molten metal; and b) an elongated metal rod comprising an axial bore communicating in its lower part with the bore of the body of refractory material. The rod has in its lower part a thread on its external surface positioned coaxially with respect to its axial bore and adapted to be screwed into the internal thread of the metal insert so as to fix the metal rod to the body of refractory material.
The rod also includes a flange carrying an annular sealing surface facing the annular sealing surface of the bore of the body of refractory material so as to define a gas tightness.
The upper end of the rod is adapted to be fixed to a lifting mechanism making it possible to vertically move the stopper rod inside a casting group such as a distributor.
Means for fixing to the body of refractory material are generally positioned between the flange and the lower end of the metal rod. The stopper rod is connected to a gas supply line, generally, but not
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obligatorily, through the upper end of the rod.
When using such a stopper, the gas introduced is led towards the axial bore of the body of refractory material, in its lower part. Thanks to the means for introducing gas into the molten metal bath available to the body of refractory material in its lower part, the stopper rod allows the introduction of gas into the molten metal bath. The annular sealing surfaces of the rod and the body of refractory material facing each other prevent significant losses of inert gas as well as air infiltration.
To further improve this seal, it has been proposed to place an annular gas seal between these seal surfaces. US Patent 4,946,083 for example indicates that when a seal having a thickness of about 0.4 mm and made of a material resistant to high temperature, for example graphite, is in place, the interface between the surfaces d the annular seal of the rod and of the body of refractory material provide a seal capable of withstanding a pressure of up to 3 bars.
This seal is essential for the casting of a quality molten metal. First of all, it is necessary to provide good protection against air infiltration during casting which is responsible for the oxidation of the molten metal. On the other hand, it is also essential to minimize the losses of inert gas which induce additional production costs far from being negligible.
The systems in use at present do not, however, yet provide a completely satisfactory solution from these two points of view.
Continuing her research in this area, the Applicant has discovered that these problems are due to the fact that the seal between the annular sealing surfaces of the rod and of the body of refractory material facing each other does not remain in compression during the entire casting operation.
It is estimated that this loss of compression of the seal is due, at least in part, to the fact that the metal rod unscrews from the metal insert anchored in the body of refractory material. In particular, under the effect of the vibrations to which the stopper rod is subjected during casting, the metal rod can unscrew from the metal insert. This unscrewing of the metal rod has the effect of spreading the annular sealing surfaces of the rod and of the body of refractory material and, consequently, of reducing the compression of the seal with all the harmful consequences including it was discussed above.
According to the present invention, this problem is overcome by providing the stopper with means preventing the metal rod from unscrewing from the metal insert anchored in the body of refractory material.
The distaff in question in this patent application is,
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notwithstanding the means preventing the metal rod from unscrewing from the metal insert anchored in the body of refractory material, substantially similar to that which is described in US Patents 4,946,083 and 5,024,422 to which reference is made.
The present invention therefore relates to a one-piece stopper rod which can be connected to a gas supply pipe comprising: a body of elongated refractory material comprising i) a bore positioned coaxially with respect to the body of the stopper rod and adapted to fixedly receive a metal rod for attachment to a lifting mechanism, the axial bore of the body of refractory material having an enlarged portion having an annular sealing surface spaced from the upper end of the body of refractory material; ii) a metal insert anchored in the body of refractory material and comprise an internal threaded bore positioned coaxially with respect to the body of refractory material, intended for fixing said metal rod;
and iii) at its lower end, means for introducing gas into the bath of molten metal; and an elongated metal rod i) screwed into the internal thread of the metal insert; ii) comprising an axial bore communicating in its lower part with the bore of the body of refractory material; iii) comprising a flange carrying an annular sealing surface facing the annular sealing surface of the body of refractory material so as to define a gas tightness;
and iv) adapted at its upper end to be fixed to a lifting mechanism making it possible to vertically move the stopper rod inside a casting group which is characterized in that it furthermore comprises means preventing the metal rod to unscrew from the metal insert anchored in the body of refractory material.
To achieve this objective, it is necessary to prevent the metal rod from performing a rotational movement relative to the insert and therefore relative to the body of refractory material. The Applicant has found that by providing the rod, at the height of its exit from the body of refractory material, with a pair of parallel flats and by pressing on these flats a fork clamp resting on the upper end of the body of material refractory with which it is integral, the desired effect was obtained.
The fork clamp can be in various conventional forms well known to those skilled in the art, all of which are suitable for implementing the invention. It is preferable to use a fork clamp whose body is of substantially circular section, so that the fork clamp has a large contact surface with the upper end of the body of refractory material in order to impart
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increased rigidity during assembly. In this case, a nut screwed onto the metal rod blocks the flange in contact with the surface of the upper end of the body of refractory material.
The fork clamp is made of a material capable of withstanding the temperatures to which the upper part of the stopper rod will be subjected. A suitable material is steel.
The fork clamp can be secured to the body of refractory material in several ways. According to one embodiment of the invention, the fork clamp has at its periphery a well dug right through and substantially perpendicular to its surface in register with a well of substantially similar diameter dug in the upper part of the body of refractory material . The fork clamp is secured to the body of refractory material by placing a pin through the two wells.
However, this embodiment has the disadvantage that if the wells were dug before assembly, they may not be exactly in the register; therefore, it is preferable to dig the wells at the time of assembly, for example by means of a drilling machine.
According to another embodiment of the invention, the fork clamp has in its lower part a protrusion in register with a notch of substantially similar shape hollowed out in the upper part of the body of refractory material. This solution has the advantage of requiring a minimum of operations when assembling the stopper rod.
Figure 1 shows a fragmentary cross-sectional view of the upper end of a stopper rod according to the invention.
Figures 2 and 3 show isometric views of two types of fork clamp suitable for the present invention.
In FIG. 1, the stopper 1 comprises a body of elongated refractory material 2 with an axial bore 3 extending from its upper end 4 towards its lower end (not shown). At its lower end, the body of refractory material is provided with means for introducing inert gas (not shown) into the metal bath.
The body of refractory material further comprises means 5 for fixing a metal rod 6. These fixing means are represented in FIG. 1 by a metal insert anchored in the body of refractory material 2 and comprise an internal threaded bore positioned coaxially with respect to the body of refractory material. The metal rod 6 is screwed into the internal thread of the metal insert and also has an axial bore 7 which passes through it from its upper end 8, towards its lower end 9. The upper end 8 is adapted to receive a fitting
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(not shown) for supplying an inert gas. In addition, the upper end 8 of the rod is adapted to be fixed to a lifting mechanism (not shown).
A pressurized gas such as argon is introduced into the axial bore 3 of the body of refractory material via the rod 6 and is led to the metal bath through the lower end of the body of refractory material.
The body of refractory material 2 has an enlarged portion 10 forming a sealing surface. One or more graphite seals 11 (and 11 ') rest on this sealing surface and thus avoid air infiltration or loss of inert gas.
The metal rod 6 includes a flange 12 carrying an annular sealing surface facing the annular sealing surface 10 of the bore of the body of refractory material so as to define a gas tightness.
The rod 6 is also provided with a pair of flats 13 parallel to the height of the upper end 4 of the body of refractory material.
The stopper 1 also includes a fork clamp 13 resting at the upper end 4 of the body of refractory material 2 and resting on the flats 13 of the rod so that the rod 6 cannot perform a rotational movement around its central axis independently of the fork clamp 13. The fork clamp 13 has a well 15 passing right through it around its periphery. The upper end 4 of the body of refractory material 2 also has a well 16 in register with the well 15 of the flange 13. To secure the flange 13 to the body of refractory material 2, a pin 17 has been introduced into the wells 15 and 16.
A nut 18 blocks the flange 13 in contact with the upper end 4 of the body of refractory material so as to impart increased rigidity to the assembly.
Figure 2 shows a fork clamp 13, the body of which is of circular section, having a well 15 passing right through it around its periphery and intended to receive a pin (not shown).
FIG. 3 represents a fork clamp 13, the body of which is of circular section, having on its lower surface a protuberance 19 intended to enter a notch of substantially similar shape hollowed out in the upper part of the body of refractory material.
According to a particular embodiment of the invention, the stopper rod also comprises means for maintaining the compression of the seal in contact with the annular sealing surface of the body of refractory material as described in our application. Belgian patent filed on the same day as this patent application. In the case where a sleeve is used as a means of maintaining the compression of the seal, the flange of the metal rod can be omitted: in this case also, the fork clamp can advantageously play the role locking means and replace the washer.
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According to a particular embodiment of the invention, the body of refractory material of the stopper rod consists at least partially of a refractory material relatively impermeable to gases. In particular, the body of refractory material consists of at least two different refractory materials, a first part consisting of a mixture relatively impermeable to gases substantially enveloping the region in which the seal is positioned and a second part consisting of '' a refractory material resistant to corrosion by molten metals.