EP0078760B1 - Dispositif de trou de coulée à ouverture variable - Google Patents

Dispositif de trou de coulée à ouverture variable Download PDF

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EP0078760B1
EP0078760B1 EP82630073A EP82630073A EP0078760B1 EP 0078760 B1 EP0078760 B1 EP 0078760B1 EP 82630073 A EP82630073 A EP 82630073A EP 82630073 A EP82630073 A EP 82630073A EP 0078760 B1 EP0078760 B1 EP 0078760B1
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taphole
taphole device
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Georges Mathgen
Charles Pruem
Robert Scherer
Roger Leick
Carlo Heintz
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Arcelor Luxembourg SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/08—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like for bottom pouring

Definitions

  • the present invention relates to a taphole device for casting molten metallic or non-metallic materials, which device has a variable opening as defined in the preamble of claim 1.
  • the tap hole devices known in the metallurgical industry essentially comprise the conventional stopper systems with a stopper or a drawer.
  • the principle of these systems consists in that one enlarges resp. narrows the section of an orifice, removing resp. by gradually bringing an object, p. ex. a plug or a plate, between the orifice and the material to be poured.
  • an object p. ex. a plug or a plate
  • these systems only work well in the open or closed position.
  • the jets are highly dispersed, which greatly hinders the quality of the casting.
  • Patent FR-A-1 478 920 describes a pouring device for liquid metal comprising a rotary valve having a convex cylindrical surface which can slide along a partially cylindrical recess.
  • the object of the present invention is to provide a taphole device, comprising two cylinders with parallel axes provided with grooves, allowing the starting, the precise adjustment of the flow rate and the stopping of the pouring of liquid metals and non-metallic materials. in fusion, ensuring at all times identical geometric conditions at the outlet of the tap hole.
  • the device according to the invention which is characterized in that it comprises means making it possible to seal the cylinders relative to one another as well as means of fixing and sealing relative to the container containing the liquid material.
  • the groove may have, according to a preferred embodiment, a pseudo-elliptical profile; one can nevertheless also provide simpler execution profiles, which however goes at the expense of the continuity of the geometry of the jet during the variation of the degree of opening of the taphole, as will be explained below.
  • the device according to the invention comprises means making it possible to drive the two cylinders synchronously, in order to position them so as to obtain the desired degree of opening of the tap hole.
  • means making it possible to drive the two cylinders synchronously, in order to position them so as to obtain the desired degree of opening of the tap hole.
  • a drive means which may be a simple lever or, in the case of more sophisticated applications, a servo-motor, acting on the one of the two cylinders.
  • means are provided for pressing the two cylinders against one another along their contact line. These means can p. ex. be clamping screws. Additional means are provided for sealing the two cylinders with respect to each other, which means may consist of, for example: ex. in a shaping according to which one of the cylinders is nested in the other.
  • the main advantage of the device according to the invention obviously lies in the fact that it makes it possible to continuously vary the opening of the taphole and to make precise adjustments to the poured flow rate.
  • an opening of any geometric shape can be obtained.
  • pseudo-elliptical grooves give a perfectly circular opening.
  • the axis of the orifice does not move.
  • FIG. 1 there are shown two cylinders A and B which each have a groove 10 in pseudo-elliptical shape. Due to the variation of the profile of these grooves along the circumference of each cylinder, a rotation of these p. ex. in the direction of the arrows, leads to a variation of the opening circumscribed by the profile of the superimposed grooves.
  • FIG. 1A will result in a maximum opening 01 as the depth of the grooves is the greatest at the location of the contact line between the cylinders A and B.
  • To arrive at a more restricted opening it suffices to turn cylinders A and B counter-clockwise, cylinder A being turned anticlockwise; this will result in the opening 02 of FIG. 1B.
  • Figure 2 shows essentially the same cylinders as those shown in Figure 1, with however another embodiment of the groove. This has a simple profile to obtain, since the bottom is straight, as shown in Figures 2A, 2B and 2C. However, it is easy to see in FIG. 2A that in this precise case only the position where the bottoms of the grooves are parallel to each other, there is an opening in the form of a circle, while any other position, such as p. ex. that shown in FIG. 2B results in an opening of elliptical or oval profile.
  • Figure 2C shows the closed position of the tap hole. Note that the arrows that appear in Figures 1A, B, C, and 2A, B, C indicate the direction of flow of the material to be poured.
  • FIG 3 there is shown schematically a possible embodiment of the device according to the invention.
  • cylinders A, B each provided with a groove 10 in the form of a pseudo-ellipse, generating in their position as shown, a circular opening 0.
  • fixing means 1 and 2 of the block 3 which acts as a bearing for the two cylinders.
  • the displacement in synchronous rotation of the two cylinders, in opposite direction with respect to each other, is ensured by the pinions 5.
  • the rotation device which is not shown, can be a lever, a jack, or a servo -engine.
  • the pressure means 4 which can be p. ex. clamping screws.
  • the cylinders can be executed either in metal, which will be the case during the casting of molten non-metallic materials, such as sand, slag, rocks etc. , in the context of the manufacture of glass, mineral wool or ceramic fibers, either in a refractory material when the device is applied in the casting of liquid metals, and when it is mounted under a steelmaking ladle , under the hearth of an electric steel or foundry furnace, under the basket-distributor of a continuous casting, or even on the discharge part of a converter.
  • metal which will be the case during the casting of molten non-metallic materials, such as sand, slag, rocks etc.
  • a refractory material when the device is applied in the casting of liquid metals, and when it is mounted under a steelmaking ladle , under the hearth of an electric steel or foundry furnace, under the basket-distributor of a continuous casting, or even on the discharge part of a converter.
  • the metal cylinders In the case of the casting of non-metallic materials, it is useful to provide the metal cylinders with a water cooling system, by providing channels 6 intended to convey the cooling water.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de trou de coulée destiné à la coulée de matières métalliques ou non métalliques en fusion, lequel dispositif présente une ouverture variable tel que défini dans le préambule de la revendication 1.
  • Les dispositifs de trou de coulée connus dans l'industrie métallurgique comprennent essentiellement les systèmes classiques d'obturation à quenouille ou à tiroir. Le principe de ces systèmes consiste en ce que l'on agrandit resp. rétrécit la section d'un orifice, en enlevant resp. en amenant graduellement un objet, p. ex. un bouchon ou une plaque, entre l'orifice et la matière à couler. Comme la géométrie du jet de coulée est nécessairement affectée par les changements de la géométrie de l'orifice qui interviennent suivant ce principe, ces systèmes ne travaillent bien qu'en position ouverte ou fermée. Pour des ouvertures intermédiaires, les jets sont fortement dispersés ce qui entrave fortement la qualité de la coulée.
  • Le brevet FR-A-1 478 920 décrit un dispositif de coulée pour métal liquide comportant une vanne rotative présentant une surface cylindrique convexe qui peut glisser le long d'un évidement partiellement cylindrique.
  • Dans l'industrie de fabrication du verre ou d'autres substances à base de matières non métalliques comportant une fusion des matières et une coûtée, on se trouve essentiellement devant les mêmes problèmes que dans le cas de la coulée des métaux. Il est vrai qu'on a proposé des équipements de trou de coulée plus perfectionnés où la section de l'orifice peut être variée par le truchement du dépôt sur les parois du canal de coulée de couches plus ou moins épaisses de matière solidifiée, en prévoyant un réglage de la température dudit canal. Un tel équipement, comme il est décrit p. ex. dans le brevet LU 82 177 du déposant, doit donc comporter un système de chauffage électrique, ainsi qu'un système de refroidissement qui tout en permettant un réglage du débit, ont un temps de réponse assez long et nécessitent une surveillance constante de leur équilibre thermique pour maintenir un jet d'un débit requis. De plus, aux faibles ouvertures, la géométrie du jet peut devenir irrégulière à cause d'inhomogénéités du dépôt.
  • Il est connu (voir notamment les documents DE-B-1 120 226 et US-A-2 029 105) de réaliser des étrangleurs dans des tubes en utilisant deux cylindres à axes parallèles et mobiles autour de leurs axes respectifs, ayant une ligne de contact commune. Les deux cylindres comportent des rainures à section variable qui s'étendent le long de leur circonférence.
  • Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de trou de coulée, comportant deux cylindres à axes parallèles munis de rainures, permettant le démarrage, le réglage précis du débit et l'arrêt de la coulée de métaux liquides et de matières non métalliques en fusion, en assurant à tout moment des conditions géométriques identiques à la sortie du trou de coulée.
  • Ce but est atteint par le dispositif suivant l'invention qui est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'étanchéiser les cylindres l'un par rapport à l'autre ainsi que des moyens de fixation et d'étanchéisation par rapport au récipient renfermant la matière liquide.
  • En usinant dans le corps d'un cylindre, mais de préférence dans les corps des deux cylindres, des rainures identiques d'un profil approprié et en superposant les deux cylindres de manière à ce que l'ouverture circonscrite par les profils des rainures soit symétrique, on crée un système permettant d'aboutir, par rotation des cylindres en contresens l'un par rapport à l'autre, à une variation de la section d'ouverture, tout en préservant une section homothétique à la section initiale.
  • Suivant l'invention la rainure peut présenter d'après une forme d'exécution préférée, un profil pseudo-elliptique ; on peut néanmoins prévoir également des profils d'exécution plus simples, ce qui va cependant aux dépens de la continuité de la géométrie du jet pendant la variation du degré d'ouverture du trou de coulée, comme il sera exposé plus bas.
  • Le dispositif suivant l'invention comporte des moyens permettant d'entraîner les deux cylindres de manière synchrone, afin de les positionner de façon à obtenir le degré d'ouverture désiré du trou de coulée. Pour ceci il suffit de munir les deux cylindres d'un système à pignons et de prévoir un moyen d'entraînement qui peut être un simple levier ou encore, dans le cas d'applications plus sophistiquées, un servo-moteur, agissant sur l'un des deux cylindres.
  • En plus il est prévu suivant l'invention des moyens permettant de presser l'un contre l'autre les deux cylindres le long de leur ligne de contact. Ces moyens peuvent p. ex. être des vis de serrage. Il est également prévu des moyens supplémentaires d'étanchéisation des deux cylindres l'un par rapport à l'autre, lesquels moyens peuvent consister p. ex. en un façonnage suivant lequel l'un des cylindres est imbriqué dans l'autre.
  • L'avantage principal du dispositif suivant l'invention réside évidemment dans le fait qu'il permet de varier de façon continue l'ouverture du trou de coulée et de procéder à des ajustements précis du débit coulé. Suivant la configuration des rainures, on peut obtenir une ouverture de n'importe quelle forme géométrique. Ainsi des rainures en forme pseudo-elliptique donnent une ouverture parfaitement circulaire. En même temps l'axe de l'orifice ne se déplace pas.
  • Une représentation visuelle du dispositif suivant l'invention et de son principe, est fournie par la voie des dessins où
    • la figure 1 montre une vue en perspective de deux cylindres dotés chacun d'une rainure pseudo-elliptique ; les figures 1A, 18, 1C et 1D montrant des coupes longitudinales et transversales des mêmes cylindres en positions différentes
    • la figure 2 représente une vue en perspective de deux cylindres où les rainures présentent un fond droit ; les figures 2A, 2B et 2C montrant des coupes longitudinales et transversales de ces cylindres en positions différentes et les configurations des ouvertures résultant de ces positions et
    • la figure 3 montre de manière schématique une coupe longitudinale et une coupe transversale d'une forme d'exécution possible du dispositif suivant l'invention.
  • En figure 1 on a représenté deux cylindres A et B qui présentent chacun une rainure 10 en forme pseudo-elliptique. En raison de la variation du profil de ces rainures suivant la circonférence de chaque cylindre, une rotation de ceux-ci p. ex. suivant le sens des flèches, conduit à une variation de l'ouverture circonscrite par le profil des rainures superposées. Ainsi la position représentée en figure 1A, résultera en une ouverture maximum 01 comme la profondeur des rainures est la plus importante à l'endroit de la ligne de contact entre les cylindres A et B. Pour arriver à une ouverture plus restreinte, il suffit de tourner les cylindres A et B en contresens, le cylindre A étant tourné dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre ; il en résultera l'ouverture 02 de la figure 1B. En continuant ce mouvement, on aboutit à l'ouverture encore plus restreinte 03 de la figure 1C et finalement à l'obturation totale du trou de coulée, comme le montre la figure 1D.
  • La figure 2 représente essentiellement les mêmes cylindres que ceux montrés en figure 1, avec cependant une autre forme d'exécution de la rainure. Celle-ci présente un profil simple à obtenir, étant donné que le fond est droit, comme il ressort des figures 2A, 2B et 2C. Or, il est facile de voir en figure 2A que dans ce cas précis seule la position où les fonds des rainures sont parallèles entre eux, il y a ouverture en forme d'un cercle, tandis que toute autre position, comme p. ex. celle représentée, en figure 2B résulte en une ouverture de profil elliptique ou oval.
  • La figure 2C montre la position de fermeture du trou de coulée. A noter que les flèches qui apparaissent dans les figures 1A, B, C, et 2A, B, C indiquent le sens du flux des matières à couler.
  • En figure 3 il est représenté de manière schématisée une forme d'exécution possible du dispositif suivant l'invention. On distingue les cylindres A, B, dotés chacun d'une rainure 10 en forme d'une pseudo-ellipse, engendrant dans leur position telle que représentée, une ouverture 0 circulaire. On reconnaît les moyens de fixation 1 et 2 du bloc 3 qui fait office de palier pour les deux cylindres.
  • Le déplacement en rotation synchrone des deux cylindres, en contresens l'un par rapport à l'autre, est assuré par les pignons 5. Le dispositif de rotation qui n'est pas représenté, peut être un levier, un vérin, ou un servo-moteur. On reconnaît également les moyens de pression 4 qui peuvent être p. ex. des vis de serrage.
  • Suivant le mode d'application du dispositif selon l'invention, les cylindres peuvent être exécutés soit en métal, ce qui sera le cas lors de la coulée de matières non métalliques en fusion, telles que le sable, les scories, les roches etc., dans le cadre de la fabrication du verre, de la laine minérale ou des fibres céramiques, soit en une matière réfractaire lorsque le dispositif est appliqué dans la coulée de métaux liquides, et qu'il est monté sous une poche de coulée d'aciérie, sous la sole d'un four électrique d'aciérie ou de fonderie, sous le panier-répartiteur d'une coulée continue, ou encore sur la partie de déversement d'un convertisseur.
  • Dans le cas de la coulée de matières non métalliques il est utile de doter les cylindres métalliques d'un système de refroidissement à l'eau, en prévoyant des canaux 6 destinés à véhiculer l'eau de refroidissement.

Claims (7)

1. Dispositif de trou de coulée destiné à la coulée de matières métalliques ou non métalliques en fusion, lequel dispositif comporte deux cylindres (A, B) à axes parallèles, avec une ligne de contact commune et mobiles en contresens l'un par rapport à l'autre autour de leurs axes respectifs, où chacun des cylindres (A, B) comporte une rainure (10) à section variable qui s'étendent chacune le long d'une partie de la circonférence du cylindre, et où les cylindres sont disposés l'un vis-à-vis de l'autre de manière à ce que les deux rainures (10) forment une ouverture symétrique par rapport à la génératrice de contact desdits cylindres, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'étanchéiser les cylindres l'un par rapport à l'autre ainsi que des moyens de fixation (1 et 2) et d'étanchéisation par rapport au récipient renfermant la matière liquide.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéisation sont constitués par des vis de serrage.
3. Dispositif selon une des revendications 1 où 2, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéisa- tion sont constitués par une imbrication d'un des cylindres dans l'autre.
4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cylindres sont exécutés en une matière réfractaire.
5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cylindres sont exécutés en métal et comprennent des canaux (6) qui sont raccordés à un système de refroidissement à l'eau.
6. Dispositif suivant une des revendications 1-5, caractérisé en ce que les deux cylindres comportent des rainures dont la section varie le long de leur circonférence de manière à passer par un maximum.
7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les rainures présentent un profil pseudo-elliptique.
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