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La Société : STOPINC AKTIENGESELLSCHAFT "Fermeture rotative pour matières premières en fusion, en particulier, pour des bains de métaux en fusion".
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Fermeture rotative pour matières premières en fusion, en particulier, pour des bains de métaux en fusion.
L'invention concerne une fermeture rotative pour matières premières en fusion, en particulier, pour des bains de métaux en fusion, cette fermeture comportant un corps de fermeture monté de façon à pouvoir tourner dans un stator et comportant une ouverture de passage pouvant être fermée par rotation et traversant la surface périphérique du corps de fermeture rotatif.
Dans le cas de fermetures pour matières premières en fusion, au cours d'un grand nombre de mouvements d'ouverture et de fermeture et en présence de bains en fusion atteignant des températures élevées, ces fermetures doivent assurer l'étanchéité le long des surfaces de glissement des corps de fermeture et permettre ainsi de longues périodes de fonctionnement sans devoir procéder à des travaux d'entretien ou au remplacement des organes de fermeture. Une complication résulte du fait qu'en aucun cas, les organes de fermeture ne peuvent être bloqués par des dilatations thermiques ou des décalages des corps de fermeture au point qu'ils ne peuvent plus être ouverts, voire même fermés même avec un déploiement de force accru.
Une autre difficulté résulte du fait qu'aux températures opératoires élevées, les éléments de fermeture constitués d'une matière non métallique résistant à la chaleur (stator, corps de fermeture rotatifs) subissent des déformations incontrôlées et ne peuvent plus être fixés dans un logement avec les moyens habituellement utilisés en construction mécanique.
D'après le brevet britannique 183. 241, on connaît déjà une fermeture rotative du type indiqué ci-dessus. Toutefois, pour de nombreux bains en fusion (en particulier, dans le cas des métaux légers),
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on ne peut envisager d'utiliser le sable et le charbon comme bouchons de fermeture au-dessus du corps de fermeture rotatif. De plus, le bain en fusion risque de pénétrer dans l'espace situé entre les éléments de fermeture pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, cet espace ayant des dimensions différentes en raison de la dilatation thermique, le bain en fusion se solidifiant dans cet espace et empêchant ainsi le mouvement de la fermeture.
D'après le brevet de la République Fédérale d'Allemagne 2. 043. 588, on connaît une fermeture rotative adaptée à un récipient pour bains liquides en fusion, fermeture dans laquelle on prévoit un tronc de cône comportant un canal de passage excentrique s'étendant dans le sens longitudinal du cône. Une telle construction ne peut être adoptée que pour une coulée par le fond s'écoulant librement, mais non pour les cas où, du côté de la coulée, on raccorde une conduite tubulaire ou un élément analogue relié rigi- dement au récipient ou au logement de la fermeture.
L'invention résout le problème consistant à fournir une fermeture appropriée pour matières premières en fusion, fermeture qui assure une étanchéité parfaite même sous l'influence des dilatations thermiques et pendant de longues périodes de fonctionnement, cette fermeture pouvant, en outre, s'ouvrir et se fermer, tandis que l'entrée et la sortie sont fixes l'une par rapport à l'autre.
Cet objet est réalisé par les caractéristiques mentionnées dans la partie caractérisante de la revendication 1.
Du fait que le cône de fermeture n'est pas fixé rigidement dans sa position axiale, non plus que par rapport à son axe de rotation, les dilatations thermiques donnant lieu à une modification de position
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de l'un ou l'autre élément de fermeture ne peuvent provoquer aucun coincement. Etant donné que, par suite de son ouverture de passage s'étendant transversalement à l'axe de rotation, la fermeture rotative peut également être montée à une distance mutuelle donnée entre deux éléments de l'installation (par exemple, entre une paroi du four et une conduite tubulaire), le canal de passage prévu pour le bain en fusion peut également prendre sélectivement une position à peu près horizontale, par exemple, comme élément de liaison entre deux récipients fixes.
Des exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont illustrés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale de la fermeture rotative ; la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne A-A et une coupe prise suivant la ligne B-B de la figure 1, respectivement sur le côté gauche et le côté droit la figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 1 illustrant une variante de réalisation.
La fermeture rotative est destinée à coopérer avec un récipient pour des matières premières en fusion, en particulier, pour des bains en fusion de métaux légers. Cette fermeture rotative comporte un logement 2 essentiellement cylindrique ou en forme de caisson et elle pénètre dans un espace creux formé de briques réfractaires moulées 4 et d'une plaque perfo- rée 3 dans le garnissage réfractaire du récipient (non représenté). Une bride 5 fait partie de la paroi métallique du récipient et elle sert à fixer la fermeture rotative. La plaque perforée 3 comporte une ouverture 6 par laquelle le bain liquide en fusion s'écoule hors de l'espace du récipient situé au-dessus.
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A l'intérieur du logement 2, se trouve un cône de fermeture 7 sous forme d'un tronc de cône ayant un angle conique d'environ 30 . Ce cône de fermeture 7 pénètre dans un stator 8 dont l'ouverture centrale est réalisée sous forme d'un cône creux de façon à former une surface d'appui 9 adaptée pour le cône 7. Le cône 7 est réalisé, de préférence, en une matière première céramique. Le stator 8 est réalisé, de préférence, en une matière première graphitique résistant à la chaleur. Le cône de fermeture 7 comporte une ouverture de passage cylindrique 10 s'étendant à angle droit par rapport à son axe.
Dans le stator 8, est également ménagée une ouverture de passage 11 qui, dans une position correspondante de
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rotation du cône de fermeture 7, peut venir se placer en coïncidence avec son ouverture de passage 10, établissant ainsi une liaison de passage entre l'ouvertu- re 6 pratiquée dans la plaque perforée 3 et le passage 12 du tube de coulée 13. Le tube de coulée 13 ouvert dans le bas est constitué d'une matière réfractaire et il est fixé de manière interchangeable au moyen d'une douille 17 et avec des vis 19. Comme représenté en traits discontinus en figure 1, au lieu du tube de coulée 13, on pourrait également brider un chenal de coulée ou une conduite tubulaire.
Sur la face frontale du cône 7 ayant le plus petit diamètre, se trouve une garniture intérieure d'isolation thermique 14 qui peut être pressée contre le stator 8 à l'intervention d'une plaque de retenue 15 et au moyen de vis 16. Ces vis 16 viennent se placer dans une paroi 18 du logement. Des garnitures intérieures d'isolation thermique analogues 141 prennent appui contre le logement 2 sur les côtés du stator 8, par exemple, en partie également à l'intervention d'une plaque de retenue 15' (figure 2). Sur
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la face supérieure, le stator 8 ou toute la fermeture est séparé, par un joint 20 résistant à la chaleur, de la plaque de base 3, par exemple, un mat de fibres céramiques exerçant en même temps un effet d'isolation thermique.
Sur la face frontale opposée du stator 8, est prévu un anneau d'isolation thermique 22 dans l'ouverture duquel pénètre, avec un jeu radial, une plaque intermédiaire 24. Cette plaque intermédiaire 24 vient se placer contre la face frontale 26 du cône 7 et, pour transmettre le mouvement de rotation, on prévoit trois disques cylindriques 28 décalés l'un de l'autre de 1200 et venant s'engager chacun dans un évidement de forme correspondante pratiqué dans la face frontale 26 du cône de fermeture 7, ainsi que dans la plaque intermédiaire 24. Les disques 28 sont maintenus chacun dans la plaque intermédiaire 24 au moyen d'une vis 30. La plaque intermédiaire 24 comporte deux évidements diamétralement opposés 32 réalisés, de préférence, sous forme de trous oblongs ou sous forme d'une fente s'étendant diamétralement.
Dans ces trous oblongs 32, viennent s'engager deux taquets d'entraînement 34 ayant des têtes sphériques.
Ces taquets d'entraînement 34 sont installés fermement dans une plaque d'accouplement métallique 36. Deux autres taquets d'entraînement 35 ressortent de l'autre côté. Ces derniers taquets d'entraînement se trouvent dans une position chaque fois décalée de 900 par rapport aux taquets d'entraînement 34. Dès lors, des plans passant par les axes longitudinaux des taquets d'entraînement 34, d'une part, et par les axes longitudinaux des taquets d'entraînement 35, d'autre part, se croisent au milieu de la plaque d'accouplement 36. Les taquets d'entraînement 35 viennent s'engager chacun dans un évidement 38 d'un organe d'entraînement en forme de
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disque 40. De préférence, ces évidements sont égaleCI
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ment réalisés sous forme de trous oblongs ou sous forme d'une fente diamétrale.
Les fentes diamétrales ou les trous oblongs 32 et 38 se croisent mutuellement, c'est-à-dire que leurs axes longitudinaux sont décalés de 900 l'un par rapport à l'autre. Entre la plaque d'accouplement 36 et la plaque intermédiaire 24, est ménagé un espace
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42 s'étendant également sur la périphérie de la plaque c d'accouplement. Un autre espace 44 est ménagé entre CD la plaque d'accouplement 36 et l'organe d'entraînement 40.
Sur sa périphérie, l'organe d'entraînement 40 est réalisé sous forme d'un pignon 46 venant s'engager dans une roue dentée (non représentée plus en détail) d'une commande de rotation à moteur. La zone centrale de l'organe d'entraînement 40, qui est éloi- gnée du cône 7, forme un tourillon cylindrique 48 ve- nant s'engager dans un coussinet 32 supporté par une bride annulaire 50 fixée au logement.
Dans l'organe d'entraînement 40, se trouvent plusieurs (de préférence, trois) boulons à ressort 54 disposés en couronne, répartis uniformément et venant prendre appui contre une nervure annulaire 56 de la plaque intermédiaire 24. Un ressort 58 (de préférence, sous forme d'un paquet de ressorts à disque préalablement bandés) vient se placer contre un épaulement annulaire 60 du boulon à ressort 54. Le logement cylindrique 62 du ressort est assemblé à l'organe d'entraînement 40 au moyen de vis 64. Les organes à ressort 54, 58, 60 tournant avec le cône de fermeture 7 permettent, à ce dernier, de venir bien se poser sur la surface d'appui 9.
La fermeture rotative forme une unité de montage dont l'ensemble peut être assemblé à ou désassemblé d'un récipient contenant un bain en fusion,
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par exemple, un four, ou des chenaux de coulée ou encore des conduites tubulaires. Le montage ne doit pas nécessairement être vertical, mais il peut également avoir lieu horizontalement ou encore il peut participer aux mouvements de basculement d'une poche de coulée ou analogues.
Le mode de fonctionnement est le suivant : le pignon 46 est entraîné par un moteur électrique, hydraulique ou pneumatique. De la sorte, le cône de fermeture 7 tourne par rapport au stator 8, si bien que l'ouverture de passage 10 peut venir occuper une position ouverte ou fermée par rapport aux ouvertures 11 pratiquées dans le stator 8. Les boulons à ressort 54 exercent une force axiale prédéterminée sur le cône de fermeture 7 qui est ainsi pressé contre la surface d'appui 9. Les dilatations thermiques et les faibles décalages axiaux résultant, par exemple, d'une usure par frottement en fonctionnement continu, sont, dès lors, absorbés par les boulons à ressort montés élastiquement 54.
Si des écarts angulaires viennent à se produire entre l'axe de rotation du pignon 46 et l'axe de rotation du cône de fermeture 7, ces écarts sont alors compensés par l'accouplement se trouvant entre ces axes et désignés dans son ensemble par le chiffre de référence 31. Etant donné que les têtes des taquets d'entraînement 34 et 35 sont de forme sphérique et qu'il y a chaque fois un espace 42, 44 de part et d'autre de la plaque d'accouplement 36, les écarts angulaires peuvent être compensés sans que des phénomènes de coincement des éléments se déplaçant l'un par rapport à l'autre se produisent.
Si des défauts de parallélisme viennent à se produire entre les axes de rotation du pignon 46 et du cône de fermeture 7, ces défauts peuvent être
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compensés du fait que les têtes des taquets d'entraînement 34 et les têtes des taquets d'entraînement 35 se déplacent radialement en croix respectivement dans les trous oblongs 32 de la plaque intermédiaire 24 et dans les trous oblongs 38 de l'organe d'entraînement
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40.
De la sorte, même des écarts angulaires et des défauts de parallélisme superposés ne peuvent empêcher la transmission du mouvement de rotation entre le pignon 46 et le cône de fermeture 7 et la position précise du cône dans le stator 8 est assurée même si le stator n'est pas maintenu de manière exactement reproductible dans le logement ou s'il vient à se produire ultérieurement des modifications de position.
La figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle les mêmes chiffres de référence désignent des éléments semblables à ceux des figures 1 et 2. Le logement 2'est réalisé de telle sorte que la fermeture rotative puisse être aisément montée entre des tronçons 70 d'une conduite tubulaire, par exemple, pour l'aluminium en fusion, le raccordement frontal du revêtement intérieur 71 de cette conduite au stator 8 pouvant s'effectuer de part et d'autre à l'intervention d'une couche de mortier ou d'un joint 72 constitué d'un feutre de fibres.
Au lieu de trois systèmes à ressort 54, 58, 62 disposés en couronne suivant la figure 1, dans la forme de réalisation illustrée en figure 3, il n'y a qu'un seul boulon à ressort 54 occupant une position centrale et pressé par des ressorts plus puissants 58, de préférence, des ressorts à disque, contre la plaque intermédiaire 24'. Dans ce cas, l'entraînement en rotation de la plaque intermédiaire 24'par rapport au cône de fermeture 7 a lieu au moyen d'un assemblage à rainureset languettes 74. Sur sa face frontale, le système à
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ressort central 54, 58, 60 est adapté à l'extrémité d'un arbre d'entraînement 76 qui est monté dans un support 50'assemblé fermement au logement 2'.
Le support 50'peut, en même temps, recevoir un moteur (non représenté) entraînant l'arbre 76. Dans ce cas, l'accouplement de rotation 31'entre l'arbre 76 et la plaque intermédiaire 24'est réalisé sous forme de ce que l'on appelle un accouplement à dents en arc, la tête de l'arbre comportant des dents en arc 77, tandis qu'une douille 78 venant s'engager sur la tête de l'arbre sur la plaque intermédiaire 24'com- porte des dents intérieures 79 avec un jeu radial suffisant par rapport aux dents en arc.
Ce système permet également des écarts de position des corps de fermeture 7, 8 lors du montage dans le logement 2', ainsi que de faibles modifications ultérieures de position sans altérer l'étanchéité. Avec l'accouplement décrit 31', on peut rattraper les décalages axiaux du cône de fermeture 7, les défauts de parallélisme, de même que les écarts angulaires entre les axes de rotation. Pour le reste, la structure et le mode de fonctionnement de cette forme de réalisation correspondent à ceux des figures 1 et 2.
En outre, la figure 3 illustre une possibilité de réaliser le stator 8 sous forme d'un corps
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"combiné" sur la surface d'appui (surface d'étanchéité) 9, des propriétés particulières, par exemple, concernant la résistance à l'usure, les propriétés de glissement, le comportement à l'abrasion, la conductibilité thermique, etc. A cet effet, le stator 8 est pourvu d'une douille de glissement conique 8a formant la surface d'appui 9 pour le cône de fermeture 7. Cette douille 8a est uniquement installée librement comme élément du stator 8, mais elle est cependant empêchée de tourner, par exemple, au moyen
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d'une broche 8b venant se placer dans l'élément 8 en s'engageant dans une fente axiale ménagée dans la douille 8a.
De la sorte, on peut chaque fois remplacer uniquement la douille 8a formant la surface d'appui sans devoir remplacer tout le stator 8.
D'une manière analogue, le cône de fermeture 7 peut également être pourvu d'une douille de glissement comme indiqué en traits discontinus en figure 3 et, bien entendu, l'exemple de réalisation illustré dans les figures 1 et 2 peut également avoir une structure correspondante.