BE1012302A3 - Quenouille - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une quenouille monobloc dont l'étanchéité aux gaz est améliorée. En particulier, la quenouille de la présente invention comporte des moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité en contact avec la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau lorsque la quenouille est portée à haute température. Selon une forme de réalisation de l'invention, ces moyens sont fournis par un manchon constitué d'un matériau à haut coefficient d'expansion thermique dont la dilatation maintien le joint d'étanchéité en compression lorsque la quenouille est portée à haute température.

Description

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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 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 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. 



   La quenouille est reliée à une conduite d'alimentation en gaz, généralement, mais pas obligatoirement, au travers de l'extrémité supérieure de la tige. Des moyens de fixation au corps de matériau réfractaire sont généralement positionnés entre la collerette et l'extrémité inférieure de la tige en métal. 



   Lors de l'utilisation d'une telle quenouille, le gaz introduit dans la quenouille 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 

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 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, à la différence entre les coefficients d'expansion thermique des différents matériaux constituant la quenouille. En particulier, sous l'effet de la température à laquelle est portée la quenouille pendant la coulée, la tige de métal se dilate fortement par rapport au corps de matériau réfractaire.

   Cette dilatation plus importante 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- 
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 dessus. = Selon la présente invention, on pallie ce problème en dotant la quenouille de moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité en contact avec la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire lorsque la quenouille est portée à haute température. 



   La quenouille dont il est question dans la présente demande de brevet est, nonobstant les moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité, 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 : 

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 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 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 qu'elle comporte en outre des moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité contre la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire lorsque la quenouille est portée à haute température. 



   Il est bien entendu qu'au sens de la présente invention,   l'expression"maintien   de la compression du joint d'étanchéité lorsque la quenouille est portée à haute   température" signifie   que la compression du joint d'étanchéité est au moins maintenue et se rapporte donc également aux cas où la compression du joint d'étanchéité augmente lorsque la quenouille est portée à haute température. 



   Selon une forme de réalisation de l'invention, ces moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité lorsque la quenouille est portée à haute température sont fournis par un manchon présentant la forme d'un cylindre ouvert à ses extrémités qui est ajusté sur la tige en métal. Le manchon comporte une surface d'étanchéité à son extrémité inférieure faisant face à la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire et vient buter contre des moyens de blocage disposés fixement sur la tige. 



   La figure 1 est une vue fragmentaire en section transversale de l'extrémité supérieure d'une quenouille conforme à ce premier mode de réalisation de l'invention. 



   Sur cette figure, 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. 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 

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 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. Un manchon 12 est ajusté sur la tige 6 et maintien en compression les joints 11 et   11'.   Le partie supérieure 13 du manchon est bloquée par une rondelle 14, elle-même retenue par un écrou 15. 



   De préférence, la rondelle 14 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 12 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 er 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 1, le manchon 12 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. 



   Dans ce cas, on préférera une rondelle 14 munie d'un épaulement 16 qui permettrE de bloquer le manchon 12 tout en assurant un contact entre la rondelle 14 et l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire 2. 



   Le manchon 12 est ajusté sur la tige en métal 6 et forme avec celle-ci un assemblage libre, tournant, glissant ou glissant juste. L'extrémité supérieure 13 du manchon 12 vient buter sur des moyens de blocage 14 et 15 disposés fixement sur la tige en métal 6, en sorte que, sous l'effet de la dilatation, le manchon 12 s'allonge axialement uniquement dans la direction opposée auxdits moyens de blocage. 



   Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de blocage sont constitués d'une collerette similaire à celle qui est décrite dans les brevets US 4,946, 083 et 5,024, 422 auxquels on se réfère. 



   Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de blocages comprennent un écrou 15 vissé fixement sur la tige en métal 6 et contre lequel vient buter le manchon 12, directement ou par l'intermédiaire d'une ou plusieurs rondelles 14. 



   Le matériau constituant le manchon ainsi que sa longueur sont choisis en fonction 

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 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   ttm C)   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   fim C).   



   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. 



   En général, on choisit pour le manchon un matériau ayant un coefficient d'expansion thermique compris entre 1, 1 et 3 fois le coefficient d'expansion thermique du matériau de la tige d'acier. 



   L'acier inoxydable (ayant par exemple un coefficient d'expansion thermique de l'ordre de 17,    5 im C-)   est particulièrement approprié lorsque la tige en métal est usinée à partir d'une barre d'acier avec un coefficient d'expansion thermique de l'ordre de   12 mm'C-.   



   Le corps de matériau réfractaire est typiquement formé d'un matériau réfractaire conventionnel tel qu'un matériau réfractaire à base d'alumine silice graphite communément utilisé. Une composition typique est par exemple, en pourcentage en poids,   A1203   : 53 %,   Si02   :   13 %,   carbone :   31   %, et environ 3 % d'autres matériaux comme la zircone ZrO2 par exemple. 



   De préférence, on place un joint annulaire 11 d'étanchéité aux gaz entre les surfaces d'étanchéité. Typiquement, on utilise un joint en graphite d'une épaisseur comprise entre 0,2 et 30 mm. Selon la présente invention, on utilise un ou plusieurs joints conventionnels. Le ou les joint (s) d'étanchéité annulaire (s) sont placés entre la surface inférieure du manchon et la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire. 



   Les meilleurs résultats ont été observés lorsqu'on place deux joints en graphite de 9 mm chacun entre la surface inférieure du manchon et la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire. 



   Selon une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention, la surface d'étanchéité 

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 formée par la partie élargie 10 du corps de matériau réfractaire 2 ainsi que le (ou les)   joint (s)   d'étanchéité 11 (et   11')   sont plats. On a en effet constaté que dans ce cas, on obtient une bien meilleure conservation de la compression du (ou des) joint (s) 11 (et   111.   



   Dans un exemple de réalisation, on a utilisé un corps de matériau réfractaire obtenu par pressage isostatique (coefficient d'expansion thermique : 3,6   tMn C-l)   dont la longueur à prendre en considération (entre le point de fixation de la tige en métal et sa partie élargie) est de 25 mm, deux joints en graphite (coefficient d'expansion thermique : 8    mm'C-l)   ayant chacun une épaisseur de 9 mm. La tige en métal est usinée à partir d'une barre d'acier avec un coefficient d'expansion thermique de 12,5   lim-C-l.   



   Si l'on utilise un manchon constitué d'acier inoxydable avec un coefficient d'expansion thermique de 17,5    un'C-l,   on calcule que le manchon doit avoir une longueur d'environ 61    mm.   



   Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de maintien de la compression du joint   d'étanchéité,   lorsque la quenouille est portée à haute température, sont fournis par le positionnement du point de fixation de la tige en métal au corps de matériau réfractaire en un point situé entre la surface d'étanchéité et la partie supérieure de la tige. Dans ce cas, la tige de métal qui se dilate sous l'effet de la température à laquelle est portée la quenouille pendant la coulée, comprime le joint d'étanchéité d'autant plus que la dilatation est importante. 



   Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, la quenouille comporte en 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. Dans ce cas, la rondelle selon la présente invention peut avantageusement jouer également le rôle de bride à fourche. 



   Selon une autre 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 

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 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.

Claims (13)

Revendications.

1. Quenouille monobloc comprenant : a) 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 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 qu'elle comporte en outre des moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité contre la surface d'étanchéité annulaire du corps de matériau réfractaire lorsque la quenouille est portée à haute température.

2. Quenouille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de maintien de la compression du joint d'étanchéité comprennent un manchon comportant une surface d'étanchéité à son extrémité inférieure faisant face à la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire, ledit manchon étant constitué d'un matériau possédant un coefficient d'expansion thermique supérieur à celui de la tige en métal et possédant une longueur suffisante pour que, sous l'effet de la température à laquelle est portée la quenouille pendant la coulée, le manchon se dilate suffisamment pour au moins compenser l'effet de la dilatation de la tige en métal ainsi que des moyens de blocage dudit manchon disposés sur la tige en métal.

3. Quenouille selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon est constitué d'un matériau possédant un coefficient d'expansion thermique supérieur à celui de la tige en métal et possédant une longueur suffisante pour que, sous l'effet de la température à laquelle est portée la quenouille pendant la coulée, le manchon se dilate suffisamment pour compenser substantiellement exactement <Desc/Clms Page number 9> l'effet de la dilatation de la tige en métal.

4. Quenouille selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le manchon fait saillie à l'extrémité supérieure 4 du corps de matériau réfractaire.

5. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le manchon est constitué d'un matériau possédant un coefficient d'expansion thermique compris entre 1, 1 et 3 fois celui du matériau constituant la tige en métal.

6. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le manchon est constitué d'acier inoxydable, la tige en métal est constituée d'acier et le corps de matériau réfractaire est constitué d'un matériau réfractaire obtenu par pressage isostatique.

7. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs joints d'étanchéité annulaires en contact avec la surface d'étanchéité du corps du matériau réfractaire.

8. Quenouille selon la revendication 7, caractérisée en ce que le ou les joints d'étanchéité annulaires ainsi que la surface d'étanchéité du corps de matériau réfractaire sont plats.

9. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que les moyens de blocage du manchon disposés sur la tige en métal comprennent une collerette.

10. Quenouille selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que les moyens de blocage du manchon disposés sur la tige en métal comprennent un écrou vissé fixement sur la tige en métal et contre lequel vient buter le manchon.

11. Quenouille selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de blocage du manchon disposés sur la tige en métal comprennent en outre une ou plusieurs rondelles.

12. Quenouille selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite rondelle est munie d'un épaulement interne en sorte que le manchon puisse faire saillie à l'extrémité du corps de matériau réfractaire alors que la rondelle est en contact avec l'extrémité supérieure du corps de matériau réfractaire.

13. Quenouille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de <Desc/Clms Page number 10> maintien de la compression du joint d'étanchéité lorsque la quenouille est portée à haute température sont fournis par le positionnement du point de fixation de la tige en métal au corps de matériau réfractaire en un point situé entre la surface d'étanchéité et la partie supérieure de la tige.