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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION formée par
Karl-Heinz Bitter pour : "Dispositif de façonnage d'objets réfractaires ou de revêtements réfractaires d'enceintes métallurgiques"
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"Dispositif de façonnage d'objets réfractaires ou de re- vêtements réfractaires d'enceintes métallurgiques"
La présente invention est relative à un dispositif de façonnage d'objets réfractaires ou de revêtements réfractaires d'enceintes métallurgiques en forme de cuve, gouttières ou troncs de cône, avec une partie de moule ou de paroi stationnaire et un gabarit à vibrations faisant face à cette première partie à une distance correspondant à l'épaisseur de la paroi, tout en formant l'autre partie de moule,
sous la configuration d'une construction en tôle présentant des nervures de renforcement et qu'attaquent des vibrateurs.
Des gabarits à vibrations pour des masses réfractaires pouvant être déversées ou coulées afin de revêtir des enceintes métallurgiques sont mis en oeuvre depuis de nombreuses années dans les aciéries et les fonderies d'acier. Ils servent par exemple à façonner le revêtement permanent et/ou d'usure d'une cuve d'attente, d'une poche de coulée, etc. Le gabarit à vibrations possède par lui-même une forme de cuve ou autre forme correspondante et correspond par sa configuration extérieure à la configuration interne du revêtement ou garnissage ultérieur. Il est agencé à l'intérieur de la cuve d'attente ou autre enceinte et présente un écartement vis-à-vis de son enveloppe ou du revêtement permanent,
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qui correspond à l'épaisseur de paroi ultérieure du revêtement ou garnissage réfractaire.
L'espace intermédiaire est rempli d'une masse réfractaire, après quoi les vibrations du gabarit à vibrations assurent la condensation ou le serrage nécessaire.
Les gabarits à vibrations mis en oeuvre antérieurement sont des gabarits en tôle à paroi mince (épaisseur jusqu'à 5 mm) avec les raidissements ou renforcements nécessaires pour assurer la stabilité de forme. Des gabarits de construction légère de ce genre ne conviennent pas pour le serrage ou la condensation de masses réfractaires qui requièrent une transmission d'énergie particulièrement élevée lors des vibrations.
Il s'agit des masses réfractaires thixotropes qui subissent à cause d'additions appropriées, une réduction de viscosité sous l'action de l'énergie mécanique et remplissent de la sorte le moule sans qu'une forte humidification de la masse soit requise pour parvenir à la mobilité nécessaire de celle-ci.
L'invention a pour base le problème d'offrir un dispositif du genre défini précédemment, avec lequel des niveaux d'énergie plus élevés peuvent être transmis à la masse réfractaire se trouvant dans l'espace libre du moule.
Ce problème est résolu suivant l'invention grace aux caractéristiques définies dans la revendication 1.
L'épaisseur de paroi indiquée d'au moins 25 mm, qui devrait même se situer de préférence dans une plage de 30 à 40 mm, dépasse de loin la valeur qui serait nécessaire avec les dimensions des enceintes métallurgiques
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envisagées-une cuve d'attente a une longueur de quelques mètres-pour parvenir à une simple stabilité de forme. Le but de l'épaisseur de paroi élevée consiste à éviter sous l'action des vibrations, des déformations des parois du gabarit à vibrations en soi, de telle sorte qu'une partie aussi élevée que possible de l'énergie de vibrations appliquée soit transmise sans déformation propre du gabarit à vibrations ou destruction d'énergie à l'intérieur de ce dernier proprement dit, à la masse réfractaire limitrophe.
Le gabarit n'est en outre pas relié par une fixation de pièce, d'un système de vissage ou des soudures à la partie de moule ou de paroi stationnaire, par exemple à la cuve d'attente, mais en est au contraire découplé du point de vue des oscillations. Le gabarit à vibrations doit être maintenu, d'une part, par rapport à son poids et, d'autre part, par rapport à l'effet ascencionnel de la masse réfractaire non encore solidifiée, c'est-à-dire suivant des directions mutuellement opposées.
Avec la liaison rigide habituellement prévue dans ce but du gabarit à vibrations avec la partie de moule ou de paroi stationnaire, les oscillations du gabarit à vibrations étaient retransmises pour une large partie directement dans la partie de moule ou de paroi stationnaire et n'avaient donc pas d'effet dans la masse réfractaire se trouvant entre ces éléments.
Les vibrateurs utilisés doivent finalement être ajustables en fréquence, afin qu'ils puissent être adaptés à la fréquence propre ou à la fréquence de résonance du gabarit à vibrations et exciter celui-ci en des oscillations optimums.
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Le soutien du gabarit à vibrations par rapport à la partie de moule ou de paroi stationnaire avec un découplage en oscillation simultané a lieu de la manière la plus utile de la façon définie dans la revendication 2 ci-après.
Bien que la grande épaisseur de paroi du gabarit à vibrations offre une importante solidité en configuration à l'encontre de déformations propres sous l'action des vibrations, il est à conseiller suivant la revendication 3 ci-après, de ne pas effectuer le raccordement des vibrateurs par de simples entretoises disposées perpendiculairement sur les parois du gabarit à vibrations, mais au contraire d'élargir la zone de transmission des oscillations par des constructions à gousset appropriées.
Comme vibrateurs ajustables en fréquence, on envisage suivant la revendication 4, des vibrateurs à balourd qui sont utilement entraînés par de l'air comprimé.
La revendication 5 ci-après définit une forme de réalisation particulière telle qu'elle se présente pour le revêtement ou le garnissage de cuves d'attente.
Dans la construction indiquée, les vibrateurs sont agencés au"centre"du gabarit à vibrations, de telle sorte que l'énergie oscillatoire a approximativerent le même parcours vers tous les côtés.
La mise en place des vibrateurs peut alors avoir lieu de la manière indiquée dans la revendication 6 ciaprès.
Une réalisation constructive à envisager en pratique pour le revêtement ou le garnissage de cuves d'attente et enceintes métallurgiques analogues fait l'objet
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de la revendication 7.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en élévation d'une cuve d'attente avec un gabarit à vibrations mis en place, à partir du haut.
La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1, à plus grande échelle.
La cuve de préparation ou d'attente désignée dans son ensemble par la référence 10 aux figures 1 et 2 a la forme d'une cuve allongée rectangulaire en plan, avec un fond 1, des parois latérales mutuellement opposées 2,3 et des parois frontales 4,5 mutuellement opposées aux extrémités. Le bord supérieur lorsque la cuve d'attente repose sur le sol, présente un rebord s'étendant horizontalement 6, qui sert au raidissement à l'encontre de la pression ferrostatique et fait saillie vers l'intérieur, pour recouvrir partiellement l'espace intermédiaire 7 et maintenir le revêtement ou garnissage réfractaire dans la cuve d'attente 10, lorsque cette dernière est basculée pour évacuer le mouton et les scories. La cuve d'attente 10 est assemblée par soudage à partir de tôle.
Dans la cuve d'attente, en cours d'exploitation, on déverse au-dessus à partir d'une poche, de l'acier liquide qui est évacué à partir d'une sortie de fond non représentée, dans la lingotière d'une installa-
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tion de coulée en barres.
Pour la protection contre le produit en fusion, les parois 1,2, 3,4, 5 sont dotées intérieurement d'un revêtement ou garnissage réfractaire. Ce revêtement est façonné dans la cuve d'attente 10 à partir d'un matériau réfractaire pouvant être déversé ou amené à s'écouler, à l'aide du gabarit à vibrations désigné dans son ensemble par la référence 20. Le gabarit à vibrations est adapté dans sa configuration extérieure à la configuration interne de la cuve d'attente 10 et présente par conséquent un fond 11, des parois latérales mutuellement opposées 12,13 ainsi que des parois frontales 14,15.
Il forme une sorte de capot fermé qui pénètre à partir du haut dans la cuve d'attente 10 et laisse un espace d'écartement uniforme 7 qui est rempli avec la masse réfractaire qui est alors condensée ou comprimée par les vibrations du gabarit 20 en un revêtement compact et dense.
La réalisation détaillée du gabarit à vibrations ressort de la figure 3. Il est construit de façon exceptionnellement rigide en forme. Les parois 11, 12, 13,14, 15 sont faites de tôle d'acier avec une épaisseur d'environ 40 mm. Aux coins inférieurs, des tubes à forte paroi 16 sont agencés de manière à s'étendre dans le sens longitudinal. Entre les parois latérales 12,13 s'étendent des organes transversaux 17, d'une paroi à l'autre et qui sont reliés par une construction à goussets 18 à la paroi concernée 12 ou 13. Aux organes transversaux sont suspendus des vibrateurs à balourd 8, entraînés par de l'air comprimé.
La raideur particulière de la construction a'pour conséquence que les oscil-
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lations engendrées mettent le gabarit à vibrations 20 en vibration dans son ensemble et que ce gabarit ne subit aucune déformation propre à cause des oscillations. De la sorte, une proportion particulièrement élevée de l'énergie d'oscillation des vibrateurs 8 est transmise à la masse réfractaire située dans l'intervalle 7.
Le gabarit à vibrations 20 est suspendu à des poutrelles transversales 21, qui chevauchent la cuve d'attente 10 et reposent par l'intermédiaire d'amortisseurs d'oscillation 22 sur le bord périphérique 6. On envisage comme amortisseurs d'oscillation, des amortisseurs qui sont disponibles commercialement pour la suspension de machines oscillantes. Des amortisseurs d'oscillation 22 dans lesquels l'amortissement a lieu par l'intermédiaire de coussins de laine d'acier sont particulièrement avantageux.
Ces amortisseurs d'oscillation possèdent une bonne capacité d'amortissement et permettent cependant de transmettre des forces importantes dans les deux directions sans déplacement appréciable ; le gabarit à vibrations 20 doit en effet être maintenu dans une direction à l'encontre de son entraînement et dans l'autre, lors du remplissage de l'intervalle 7 avec la masse réfractaire susceptible de déversement et après cette opération, à l'encontre de son effet ascencionnel.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a request for
PATENT OF INVENTION formed by
Karl-Heinz Bitter for: "Device for forming refractory objects or refractory linings of metallurgical chambers"
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"Device for shaping refractory objects or refractory linings of metallurgical enclosures"
The present invention relates to a device for shaping refractory objects or refractory linings of metallurgical chambers in the form of a tank, gutters or truncated cones, with a stationary mold or wall part and a vibration jig facing this first part at a distance corresponding to the thickness of the wall, while forming the other part of the mold,
in the configuration of a sheet metal construction having reinforcing ribs and which vibrators attack.
Vibration jigs for refractory masses which can be poured or poured in order to coat metallurgical chambers have been used for many years in steelworks and steel foundries. They are used for example to shape the permanent coating and / or wear of a holding tank, a ladle, etc. The vibration jig has by itself a tank shape or other corresponding shape and corresponds by its external configuration to the internal configuration of the coating or subsequent lining. It is arranged inside the holding tank or other enclosure and has a spacing with respect to its envelope or the permanent coating,
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which corresponds to the subsequent wall thickness of the lining or refractory lining.
The intermediate space is filled with a refractory mass, after which the vibrations of the vibration template provide the necessary condensation or tightening.
The vibrating jigs previously used are thin-walled sheet jigs (thickness up to 5 mm) with the stiffenings or reinforcements necessary to ensure shape stability. Lightweight jigs of this kind are not suitable for clamping or condensing refractory masses which require particularly high energy transmission during vibrations.
These are thixotropic refractory masses which undergo, because of appropriate additions, a reduction in viscosity under the action of mechanical energy and thus fill the mold without a strong humidification of the mass being required to achieve to the necessary mobility of the latter.
The invention is based on the problem of offering a device of the kind defined above, with which higher energy levels can be transmitted to the refractory mass located in the free space of the mold.
This problem is solved according to the invention thanks to the characteristics defined in claim 1.
The indicated wall thickness of at least 25 mm, which should preferably even be in the range of 30 to 40 mm, far exceeds the value that would be necessary with the dimensions of the metallurgical chambers
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envisaged - a waiting tank has a length of a few meters - to achieve simple form stability. The aim of the high wall thickness is to prevent deformations of the walls of the vibration template per se under the action of vibrations, so that as much as possible of the applied vibration energy is transmitted. without proper deformation of the vibration template or destruction of energy inside the latter proper, to the adjacent refractory mass.
The template is also not connected by a workpiece attachment, a screw system or welds to the mold part or stationary wall, for example to the holding tank, but is instead decoupled from the point of view of the oscillations. The vibration gauge must be maintained, on the one hand, with respect to its weight and, on the other hand, with respect to the upward effect of the refractory mass not yet solidified, that is to say in directions mutually opposed.
With the rigid connection usually provided for this purpose of the vibration template with the mold part or stationary wall, the oscillations of the vibration template were largely transmitted directly into the mold or stationary wall part and therefore did not have no effect in the refractory mass between these elements.
The vibrators used must finally be adjustable in frequency, so that they can be adapted to the natural frequency or the resonance frequency of the vibration template and excite it in optimum oscillations.
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Support of the vibration jig relative to the stationary mold or wall portion with simultaneous oscillation decoupling takes place in the most useful manner as defined in claim 2 below.
Although the large wall thickness of the vibration jig offers significant strength in configuration against natural deformations under the action of vibrations, it is advisable according to claim 3 below, not to connect the vibrators by simple spacers arranged perpendicularly on the walls of the vibration jig, but on the contrary to widen the area of transmission of the oscillations by suitable gusset constructions.
As vibrators adjustable in frequency, it is envisaged according to claim 4, unbalance vibrators which are usefully driven by compressed air.
Claim 5 below defines a particular embodiment as it stands for the lining or lining of holding tanks.
In the construction indicated, the vibrators are arranged in the "center" of the vibration jig, so that the oscillatory energy has approximate the same path to all sides.
The installation of the vibrators can then take place in the manner indicated in claim 6 below.
A constructive achievement to be considered in practice for the lining or lining of holding tanks and similar metallurgical chambers is the subject
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of claim 7.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 is an elevational view of a holding tank with a vibration template in place, from the top.
Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1.
Figure 3 is a sectional view along line III-III of Figure 1, on a larger scale.
The preparation or holding tank designated as a whole by the reference 10 in FIGS. 1 and 2 has the shape of an elongated rectangular tank in plan, with a bottom 1, mutually opposite side walls 2,3 and front walls 4.5 mutually opposite ends. The upper edge when the holding tank rests on the ground, has a horizontally extending rim 6, which serves to stiffen against the ferrostatic pressure and protrudes inwards, to partially cover the intermediate space 7 and maintain the refractory lining or lining in the waiting tank 10, when the latter is tilted to evacuate the sheep and the slag. The holding tank 10 is assembled by welding from sheet metal.
In the waiting tank, during operation, liquid steel is poured above from a pocket, which is discharged from a bottom outlet, not shown, into the ingot mold of a installed
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ing of bars.
For protection against the molten product, the walls 1, 2, 3, 4, 5 are internally provided with a refractory lining or lining. This coating is shaped in the holding tank 10 from a refractory material that can be poured or caused to flow, using the vibration template designated as a whole by the reference 20. The vibration template is adapted in its external configuration to the internal configuration of the holding tank 10 and therefore has a bottom 11, mutually opposite side walls 12,13 as well as front walls 14,15.
It forms a kind of closed hood which penetrates from the top into the holding tank 10 and leaves a uniform spacing space 7 which is filled with the refractory mass which is then condensed or compressed by the vibrations of the template 20 in one compact and dense coating.
The detailed embodiment of the vibration template is shown in Figure 3. It is constructed in an exceptionally rigid in shape. The walls 11, 12, 13, 14, 15 are made of sheet steel with a thickness of about 40 mm. At the lower corners, strong-walled tubes 16 are arranged so as to extend in the longitudinal direction. Between the side walls 12,13 extend transverse members 17, from one wall to the other and which are connected by a gusset construction 18 to the wall concerned 12 or 13. Unbalanced vibrators are suspended from the transverse members 8, driven by compressed air.
The particular stiffness of the construction has the consequence that the
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lations generated put the vibration template 20 in vibration as a whole and that this template does not undergo any specific deformation due to oscillations. In this way, a particularly high proportion of the oscillation energy of the vibrators 8 is transmitted to the refractory mass located in the interval 7.
The vibration jig 20 is suspended from transverse beams 21, which overlap the holding tank 10 and rest by means of oscillation dampers 22 on the peripheral edge 6. It is envisaged as oscillation dampers, dampers which are commercially available for the suspension of oscillating machines. Swing dampers 22 in which damping takes place via steel wool cushions are particularly advantageous.
These oscillation dampers have a good damping capacity and nevertheless make it possible to transmit significant forces in both directions without appreciable displacement; the vibration jig 20 must in fact be maintained in one direction against its drive and in the other, when filling the gap 7 with the refractory mass liable to spill and after this operation, against of its ascending effect.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made without departing from the scope of this patent.