EP1870183A1

EP1870183A1 - Plaque réfractaire, jeu de plaques réfractaires et procédé de fabrication d'une plaque réfractaire pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque

Info

Publication number: EP1870183A1
Application number: EP06115683A
Authority: EP
Inventors: Jean-Luc Renard; M. Fabrice Sibiet
Original assignee: Vesuvius Group SA
Current assignee: Vesuvius Group SA
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-12-26

Abstract

L'invention concerne une plaque réfractaire (14, 50) pour utilisation dans un dispositif (10) de changement de plaque calibrée, du type comprenant une surface (24 ; 52) plane de contact traversée par un orifice de coulée (21) et délimitée par au moins quatre bords rectilignes (26, 28, 30, 32). Les quatre bords rectilignes coïncident au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs perpendiculaires (26', 28', 30' 32') d'un pentagone convexe, appelés côtés de référence, deux premiers côtés de référence (28', 30') consécutifs ayant une longueur L, les deux autres derniers côtés de référence (26', 32') étant non consécutifs et ayant une longueur comprise entre L/2 et La surface plane de contact (24;52) est inscrite dans le plus grand de ces pentagones.

Description

La présente invention concerne une plaque réfractaire, un jeu de plaques réfractaires et un procédé de fabrication d'une plaque réfractaire pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque.
L'invention s'applique en particulier à un procédé de coulée continue de l'acier, au cours duquel le métal en fusion est transféré dans des conteneurs successifs tels que des poches et des répartiteurs ou des répartiteurs et des moules, entre lesquels l'écoulement de l'acier est régulé. Parmi les moyens de régulation utilisés, on connaît les dispositifs à plaques réfractaires calibrées. De tels dispositifs comprennent deux plaques réfractaires qui délimitent un canal de coulée dont le diamètre est calibré. Ces plaques sont généralement agencées dans un dispositif de changement de plaque, de façon à pouvoir remplacer la plaque aval (en considérant le sens de coulée dans le canal obturable).
On connaît déjà dans l'état de la technique, par exemple dans FR-A1-2742684 , une plaque réfractaire pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque calibrée, du type comprenant une surface plane de contact traversée par un orifice de coulée délimitée par au moins quatre bords rectilignes. Ces quatre bords rectilignes coïncident en grande partie avec les quatre côtés d'un carré. Plus précisément, la surface plane de contact a la forme d'un carré aux sommets arrondis.
Le dispositif de changement de plaque comprend deux plaques identiques du type précité, une plaque amont destinée à être à être montée fixe dans le dispositif, dite plaque fixe, et une plaque aval destinée à être montée mobile dans le dispositif, dite plaque mobile, afin de permettre son déplacement à l'extérieur du dispositif de changement de plaque pour son remplacement. On appelle « position de coulée » de la plaque mobile la position dans laquelle l'orifice de coulée de la plaque mobile est aligné avec celui de la plaque fixe, de façon à autoriser l'écoulement de l'acier à travers les plaques.
Les deux plaques sont décalées angulairement autour de leur centre de 45° en sorte que, lorsque la plaque fixe (amont) et la plaque mobile (aval), dite première plaque mobile, sont en position de coulée, une partie de la surface de contact de la plaque fixe (délimitée par un sommet du carré) sert de surface de guidage à une seconde plaque mobile destinée à remplacer la première plaque mobile.
Généralement, la seconde plaque mobile est agencée dans le dispositif de changement de plaque dans une position d'attente telle que la partie de la surface de contact de la plaque fixe servant de surface de guidage est recouverte par une partie de la surface de contact de la seconde plaque mobile en position d'attente. Ainsi, lorsque la première plaque mobile est en cours de remplacement, les surfaces de contact de la plaque fixe et de la seconde plaque mobile sont parfaitement alignées, du fait que la seconde plaque mobile glisse sous la plaque fixe, ce qui maintient étanche la jonction des deux plaques pendant toute la durée de l'opération de remplacement de la plaque mobile.
En revanche, la partie de la surface de contact de la plaque fixe située à l'opposé de la partie servant de surface de guidage à la seconde plaque mobile est découverte pendant la majeure partie du temps de coulée car notamment elle n'est recouverte par aucune plaque mobile.
Or, au cours de la coulée de l'acier à travers la plaque fixe et la première plaque mobile, la partie découverte de la plaque fixe, plus précisément l'un des sommets de sa surface carrée, est exposé à des éclaboussures produites lors de la coulée. Au fur et à mesure des changements de plaques mobiles, les éclaboussures s'accumulent sur le sommet découvert de la plaque fixe, si bien qu'elles provoquent l'écartement des surfaces de contact des plaques fixe et mobile lorsque, au cours du remplacement de la plaque mobile, celle-ci est poussée sous la région de la plaque fixe souillée de telles éclaboussures. Ces éclaboussures ayant une certaine épaisseur, elles génèrent des problèmes d'étanchéité de la jonction des plaques au cours du remplacement de la plaque mobile. Ces problèmes peuvent conduire à une infiltration d'acier entre les plaques.
La présente invention vise à résoudre ce problème en fournissant une plaque réfractaire garantissant une jonction étanche avec une autre plaque avec laquelle elle est en position de coulée. La résolution du problème implique également que la jonction reste étanche lorsque l'on procède au remplacement de la plaque mobile.
A ce effet, l'invention a pour objet une plaque réfractaire du type précité, caractérisée en ce que les quatre bords rectilignes coïncident au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs perpendiculaires d'un pentagone convexe (au sens mathématique du terme), appelés côtés de référence, deux premiers côtés de référence consécutifs ayant une longueur L, les deux autres derniers côtés de référence étant non consécutifs et ayant une longueur comprise entre L/2 et $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}}),$
et en ce que la surface de contact est inscrite dans le plus grand de ces pentagones.
On rappelle que deux côtés d'un polygone sont dits consécutifs lorsqu'ils ont un sommet commun. Par ailleurs, un polygone est convexe lorsque tous les sommets de ce polygone sont situés d'un même côté d'une droite joignant deux sommets consécutifs quelconque du polygone.
Grâce à l'invention, on dispose d'une plaque réfractaire, utilisable en tant que plaque fixe, dont la surface de contact, inscrite dans un pentagone convexe, a une configuration telle qu'elle ne reçoit pas d'éclaboussures d'acier au cours du procédé de coulée, tout en permettant d'utiliser une partie de la surface comme surface de guidage d'une plaque mobile de remplacement agencée en position d'attente. Par exemple, la surface de contact de la plaque fixe a la forme d'un carré, dont l'un des quatre sommets a été tronqué de manière que, lorsque cette plaque fixe est en position de coulée avec une plaque mobile carrée non tronquée, décalée angulairement de 45°, aucune partie de la plaque fixe qui se trouve du côté de ce sommet tronqué par rapport à l'orifice de coulée n'est exposée aux éclaboussures d'acier. Ainsi, les éclaboussures ne peuvent pas s'accumuler sur ce sommet tronqué lors de la coulée.
Une plaque réfractaire selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

les bords rectilignes sont reliés entre eux par des bords curvilignes. Cette plaque est donc facile à réaliser industriellement;
avantageusement, les deux derniers côtés de référence du pentagone ont une longueur de $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}}),$
la surface de contact étant convexe et délimitée par cinq bords rectilignes, coïncidant au moins partiellement avec les cinq côtés du pentagone.

Comme on l'a indiqué, la longueur des deux derniers côtés de référence du pentagone peut être plus courte que cette valeur maximale. Pour des raisons de sécurité, on préfère toutefois ne pas descendre en-dessous d'une longueur de L/2 afin de réduire les risques d'infiltration en cas d'usure prématurée des lèvres de l'orifice de coulée. Dès lors, la plaque pourrait être définie comme précédemment avec toutefois les deux derniers côtés de référence du pentagone qui ont une longueur de L/2, la surface de contact étant convexe et délimitée par cinq bords rectilignes, coïncidant au moins partiellement avec les côtés du pentagone. D'ailleurs, pour ces mêmes raisons de sécurité, il est préférable que la surface de contact comprennent, outre la partie devant servir de surface de guidage, au moins un carré formé en reliant les milieux des côtés de référence.
L'invention a également pour objet un jeu de plaques réfractaires pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque calibrée, comprenant une première plaque, comportant une surface plane de contact traversée par un orifice de coulée et délimitée par au moins quatre bords rectilignes, les quatre bords rectilignes coïncidant au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré de longueur L, et une seconde plaque, caractérisé en ce que la seconde plaque est telle que décrite ci-dessus.
De préférence, la seconde plaque est destinée à être à être montée fixe dans le dispositif de changement de plaque, et la première plaque est destinée à être montée mobile dans le dispositif de changement de plaque, afin de permettre son déplacement à l'extérieur du dispositif de changement de plaque pour son remplacement.
L'invention a enfin pour objet un procédé de fabrication d'une plaque réfractaire pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque calibrée, au cours duquel on fournit une plaque comprenant une surface plane de contact traversée par un orifice de coulée et délimitée par au moins quatre bords rectilignes, les quatre bords rectilignes coïncidant au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré de longueur L, la surface de contact comportant quatre sommets, caractérisé en ce que l'on tronque l'un des sommets de cette surface afin d'obtenir une plaque telle que décrite ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de changement de plaque utilisant une plaque selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue de dessous du dispositif représentée sur la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en perspective de la plaque utilisée dans le dispositif de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue de dessous de la plaque de la figure 3 ;
la figure 5 est une représentation schématique de dessous des plaques de la figure 2 ;
la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de changement de plaque utilisant une plaque selon un second mode de réalisation de l'invention.

Au cours d'un procédé de coulée continue de l'acier, du métal en fusion est transféré dans un répartiteur 2, représenté sur la figure 1. Ce répartiteur comporte une paroi de fond en acier 4, recouverte d'une couche protectrice de matériau réfractaire 6. Un orifice de coulée 8 est ménagé dans le fond du répartiteur 2. Un dispositif, encore appelé tiroir de changement de plaque calibrée, désigné dans son ensemble par la référence générale 10, est monté sous le répartiteur 2. Ce tiroir comprend un châssis 12, fixe par rapport au répartiteur 2.
Une plaque réfractaire supérieure 14, conforme à l'invention, est montée de façon fixe sur le châssis 12. Une plaque réfractaire inférieure 18, est montée mobile dans le tiroir 10, afin de permettre son déplacement à l'extérieur du tiroir pour son remplacement. Les plaques fixe 14 et mobile 18 constituent un jeu de plaques réfractaires calibrées délimitant un canal de coulée de métal en fusion, obturable par leur déplacement relatif.
La plaque 18 est appliquée contre la plaque fixe 14 par des moyens classiques de mise en pression, qui ne seront pas détaillés, permettant de réaliser une jonction étanche des deux plaques.
La plaque mobile 18 comprend une base plate surmontée d'une partie tubulaire. La base comprend une surface de contact 22 plane, traversée par un orifice de coulée 21 et délimitée par quatre bords rectilignes, ces quatre bords rectilignes coïncidant partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré 22', représenté sur la figure 5. Pour des raisons pratiques de fabrication, les bords rectilignes de la plaque 18 sont reliés entre eux par des bords curvilignes. Autrement dit, la surface de contact de la plaque mobile 18 est délimitée par un carré aux bouts arrondis.
La plaque fixe 14 comprend une base plate 25 surmontée d'un cylindre de raccordement 27. La base 25 comprend une surface de contact 24 plane traversée par un orifice de coulée 21 et délimitée par cinq bords rectilignes 26, 28, 30, 32 et 34, reliés entre eux par des bords curvilignes. Comme on peut le voir sur la figure 4, ces bords rectilignes coïncident partiellement avec cinq côtés consécutifs 26', 28', 30', 32' et 34' d'un pentagone convexe 24'. Les quatre côtés consécutifs 26', 28', 30' et 32' sont appelés les côtés de référence du pentagone et sont perpendiculaires, c'est-à-dire que le côté 26' est perpendiculaire au côté 28', le côté 28' est perpendiculaire au côté 30', etc. La surface 24 est ainsi délimitée par un pentagone aux sommets arrondis. Cette surface 24 peut être découpée de façon imaginaire en quatre parties 24a, 24b, 24c et 24d, cette quatrième partie 24d étant appelée partie tronquée.
Les deux côtés de référence 28', 30' consécutifs ont une longueur L. Les deux autres côtés de référence 26' et le 32' ne sont pas consécutifs entre eux et ont une longueur $D = L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}}),$
On décrira dans la suite la façon dont la longueur D a été déterminée, en se référant à la figure 5. Lorsque le carré 22' et pentagone 24' sont superposés puis décalés angulairement d'un angle α de 45°, on souhaite que les côtés de référence 26', 32' du pentagone 24' ne s'étendent pas au-delà du côté correspondant 36' du carré 22' qui les recouvre. Plus précisément, on fait en sorte que le côté 34' du pentagone 24' coïncide avec une partie du côté 36' du carré 22'.
Soit a la longueur définie par l'équation $\frac{L}{2} + a = D$
En appliquant le théorème de Pythagore dans le triangle ABC, et par symétrie de la figure 5, on sait que $\frac{L}{2} = a + b = a + \sqrt{2 a}$
soit $a = \frac{L}{2} \frac{1}{(1 + \sqrt{2})} .$
Il en ressort que la distance D est définie de la façon suivante : $D = \frac{L}{2} + a = \frac{L}{2} (1 + \frac{1}{(1 + \sqrt{2})}) = \frac{L}{2} (\frac{(1 + \sqrt{2}) + 1}{(1 + \sqrt{2})}) = \frac{L}{2} (\frac{2 + \sqrt{2}}{1 + \sqrt{2}}) = L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}}) .$
La position des plaques 14 et 18 dans laquelle les trous de coulée 21 sont alignés, représentée sur les figures 1 et 2, correspond à la position de coulée des plaques. Comme on peut le voir sur la figure 2, les plaques fixe 14 et mobile 18 en position de coulée dans le tiroir de changement 10 sont décalées angulairement d'un angle de 45°.
Il en ressort que la partie tronquée 24d de la surface 24 de la plaque fixe 14 est intégralement recouverte par la partie correspondante de la surface 22 de la plaque mobile 18. En revanche, la partie opposée 24b de la surface de la plaque fixe 14 dépasse au-delà du côté correspondant de la plaque mobile 18, de façon que cette surface 24b constitue une surface de guidage pour une plaque mobile de remplacement, comme cela sera décrit dans la suite.
Comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 6, le châssis 12 du tiroir de changement comporte des moyens classiques de guidage 40, qui ne seront pas détaillés, comprenant une glissière disposée vers l'avant du tiroir 10 par rapport au sens d'introduction d'une plaque de remplacement. Une plaque mobile 42, venant en remplacement de la plaque mobile 18, est montée sur un support 44, auquel sont raccordés des moyens d'actionnement 46.
On décrira dans la suite le procédé de changement de plaque mis en oeuvre par le dispositif décrit ci-dessus. Dans un premier temps, la plaque mobile 42 de remplacement (seconde plaque mobile 42) est introduite dans la glissière 40. Lorsque le support 44 est suffisamment introduit dans les moyens de guidage 40, la seconde plaque mobile 42 est sensiblement au contact de la première plaque mobile 18, cette dernière étant toujours en position de coulée avec la plaque fixe 14, en cours de coulée. On peut constater que la surface 24b de la plaque fixe 14 sert de surface de guidage vertical de la plaque mobile 42. Cette surface de guidage permet un alignement parfait de la face supérieure de la plaque mobile 42 avec la face inférieure de la plaque fixe 14, c'est-à-dire entre les surfaces 22 et 24.
On active ensuite les moyens d'actionnement 46, de manière à chasser la plaque 18 en position de coulée, pour la remplacer par la plaque mobile 42. Une fois la première plaque mobile 18 chassée, la seconde plaque mobile 42 prend la position de coulée avec la plaque fixe 14. La plaque mobile usagée 18 est ensuite extraite hors des moyens de guidage.
Les principaux aspects d'un procédé selon l'invention de fabrication de la plaque fixe 14 vont à présent être décrits. On fournit tout d'abord (par fabrication, récupération, etc.) une plaque comprenant une surface plane de contact traversée par un orifice de coulée et délimitée par au moins quatre bords rectilignes, les quatre bords rectilignes coïncidant partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré de longueur L. Plus précisément, on fournit une plaque carrée aux sommets arrondis, identique à la plaque mobile 18. La surface de contact de la plaque comprend donc quatre sommets. Ensuite, on tronque l'un des quatre sommets de la surface de la plaque, en coupant la base 25 dans toute son épaisseur, afin de délimiter la partie de la plaque excédant la partie tronquée 24d et d'obtenir la plaque 14 décrite ci-dessus.
Une plaque réfractaire selon un second mode de réalisation est décrite ci-dessous, en se référant à la figure 6. Les éléments analogues aux figures précédentes sont désignés par des références identiques. La plaque fixe 50 comporte une surface de contact 52, identique à la surface 24 de la plaque 14. En revanche, à la différence du premier mode de réalisation, la surface 54 de la base 56 de la plaque 50, opposée à la surface de contact 52, est de forme carrée. En effet, la plaque 50 comprend un évidement 58. Cet évidement 58 est exposé aux éclaboussures au cours du procédé de coulée. Toutefois, comme l'évidement a une certaine profondeur, les éclaboussures qui se déposent lors de la coulée sont éloignées de la surface de contact 52, si bien qu'elles ne peuvent pas écarter les plaques fixe 50 et mobile 18 lors d'un remplacement de plaque la plaque mobile 18.
Le procédé de fabrication de la plaque 50 et sensiblement similaire à celui de la plaque 14. On notera toutefois que l'on tronque le sommet de la surface de contact 52 en rabotant la surface de la plaque initialement identique à la plaque 18 de façon à ménager l'évidement 58.
Une plaque réfractaire selon un autre mode de réalisation de l'invention non représenté comprend une surface de contact plus petite que les surfaces de contact 24 et 52. Dans cette plaque, les deux derniers côtés de référence du pentagone ont une longueur de L/2, la surface de contact étant convexe et délimitée par cinq bords rectilignes, coïncidant au moins partiellement avec les cinq côtés du pentagone. Le procédé de fabrication de cette plaque est similaire à ceux des plaques 14, 50.
Selon encore un autre mode de réalisation, non représenté, une plaque réfractaire comprend une surface de contact plus grande que celle du mode de réalisation précédent, mais plus petite que les surfaces de contact 24 et 52. Dans ce mode de réalisation, la surface de contact n'est pas nécessairement convexe. Les deux derniers côtés de référence du pentagone ont une longueur comprise entre L/2 et $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}})$
et ils sont reliés par un bord compris entre des segments de droite reliant les points maximum (soit $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}})$
et les points minimum (soit L/2) des deux derniers côtés de référence du pentagone
Grâce à l'invention, on peut constater que, lorsque la plaque fixe 14 et la première plaque mobile 18 sont en position de coulée, la partie 24d de la surface de la plaque 14, opposée à la partie 24b, n'est pas exposée aux éclaboussures dues à la coulée. Il en ressort que cette partie 24d ne reçoit pas d'éclaboussures, et que ces dernières ne peuvent donc pas écarter la plaque fixe 14 et la plaque mobile 18 au cours de son remplacement. Par conséquent, la jonction entre la plaque fixe 14 et toutes les plaques mobiles avec lesquelles elle coopère est étanche. Le même avantage se retrouve dans les autres modes de réalisation.

Claims

Plaque réfractaire (14,50) pour utilisation dans un dispositif (10) de changement de plaque calibrée, du type comprenant une surface (24;52) plane de contact traversée par un orifice de coulée (21) et délimitée par au moins quatre bords rectilignes (26,28,30,32), caractérisée en ce que les quatre bords rectilignes coïncident au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs perpendiculaires (26',28',30',32') d'un pentagone convexe, appelés côtés de référence, deux premiers côtés de référence (28',30') consécutifs ayant une longueur L, les deux autres derniers côtés de référence (26',32') étant non consécutifs et ayant une longueur comprise entre L/2 et $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}})$
et en ce que la surface de contact (24;52) est inscrite dans le plus grand de ces pentagones.
Plaque selon la revendication 1, dans laquelle les bords rectilignes sont reliés entre eux par des bords curvilignes.
Plaque selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la surface de contact (24) est convexe.
Plaque selon la revendication 3, dans laquelle les deux derniers côtés de référence du pentagone ont une longueur de $L (\frac{2 + \sqrt{2}}{2 + 2 \sqrt{2}}),$
la surface de contact (24) étant délimitée par cinq bords rectilignes, coïncidant au moins partiellement avec les cinq côtés (26',28',30',32',34') du pentagone.
Jeu de plaques (14,18;50,18) réfractaires pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque calibrée, comprenant une première plaque (18), comportant une surface (24) plane de contact traversée par un orifice de coulée (21) et délimitée par au moins quatre bords rectilignes, les quatre bords rectilignes coïncidant au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré (22') de longueur L, et une seconde plaque (14;50), caractérisé en ce que la seconde plaque (14;50) est selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
Jeu de plaques selon la revendication 4, dans lequel la seconde plaque (14;50) est destinée à être à être montée fixe dans le dispositif de changement de plaque, et la première plaque (18) est destinée à être montée mobile dans le dispositif de changement de plaque, afin de permettre son déplacement à l'extérieur du dispositif de changement de plaque pour son remplacement.
Procédé de fabrication d'une plaque réfractaire (14;50) pour utilisation dans un dispositif de changement de plaque calibrée, au cours duquel on fournit une plaque comprenant une surface (24;52) plane de contact traversée par un orifice de coulée (21) et délimitée par au moins quatre bords rectilignes (26,28,30,32), les quatre bords rectilignes coïncidant au moins partiellement avec quatre côtés consécutifs d'un carré (22') de longueur L, la surface de contact comportant quatre sommets, caractérisé en ce que l'on tronque l'un des sommets de cette surface afin d'obtenir une plaque (14;52) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.