LU84668A1

LU84668A1 - CASTING DEVICE FOR METALLURGICAL OVENS OR CONTAINERS

Info

Publication number: LU84668A1
Application number: LU84668A
Authority: LU
Inventors: Mathgen Georges
Original assignee: Arbed
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1984-11-14
Also published as: CA1226436A; ZA841267B; EP0120802A1; KR910006759B1; JPH0325266B2; ATE27116T1; DE3463622D1; JPS59166366A; AU2520984A; KR840007675A; EP0120802B1; AU559013B2

Abstract

1. Taphole device for furnaces or metallurgical vessels, having a case (5) housing two cylinders (1, 2) or refractory material having parallel axes and one common contact line and being rotatable around their axes, at least one of the cylinders having a groove (3, 3', 4, 4') with a varying cross section extending along a part of its circumference, so as to show a varying opening, characterized in that the lateral faces of the two cylinders (1, 2) are partly housed in recesses (14, 15, resp. 16, 17) appearing in two refractory blocks (12, 13) being facingly arranged and that sliding pieces (6), movably mounted in the case (5) and acted upon by forces, push the two cylinders (1, 2) against one of the refractory blocks (12), each of the blocks (12, 13) showing a hole (20, 22) leading to the groove(s) (3, 3', 4, 4') in the cylinders(s) (1, 2) when they are in the tapping position, the refractory blocks (12, 13) and the pushing forces being supported by the case (5).

Description

Dispositif de trou de coulée pour fours ou récipients métallurgi-.. . ques.Tap hole device for furnaces or metallurgical vessels. ques.

La présente invention concerne un dispositif de trou de coulée des-5 tiné essentiellement à la coulée de métaux liquides, lequel dispositif présente une ouverture variable, en vue de démarrer, d'arrêter et de régler le débit du métal lors de la coulée.The present invention relates to a taphole device intended essentially for the pouring of liquid metals, which device has a variable opening, for the purpose of starting, stopping and regulating the flow of metal during pouring.

Les dispositifs de trou de coulée connus dans l'industrie métallur-10 gique 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 le métal à couler. Comme la gêo-15 métrie 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 la qualité de la coulée. Il est donc utile 20 de proposer des dispositifs de trou de coulée plus performants. 1Taphole devices known in the metalworking industry essentially include conventional stopper or drawer shutter systems. The principle of these systems consists in that one enlarges resp. narrows the section of an orifice, removing resp. by gradually bringing an object, eg a plug or plate, between the orifice and the metal to be cast. As the geometry of the casting jet is necessarily affected by the changes in the geometry of the orifice which occur according to this principle, these systems only work well in the open or closed position. For intermediate openings the jets are highly dispersed which hampers the quality of the casting. It is therefore useful to propose more efficient tap hole devices. 1

Dans son brevet luxembourgeois LU 83.734 le déposant a proposé un dispositif de trou de coulée permettant le démarrage, le réglage ; précis du débit et l'arrêt de la coulée de matières non-métalliques 25 en fusion, en assurant à tout moment des conditions géométriques identiques à la sortie du trou de coulée. Ce dispositif, qui est en principe également applicable à la coulée de métaux liquides, prévoit que deux cylindres à axes parallèles et mobiles autour de leurs axes respectifs, ont une ligne de contact commune. Au moins l'un des ! - 2 - cylindres comporte une rainure qui s'étend sur une portion de la circonférence du cylindre. Cette rainure est orientée perpendiculairement â l'axe et présente un profil et notamment une profondeur qui varie de manière à passer par un maximum. En superposant deux cylin-5 dres munis de rainures 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.In his Luxembourg patent LU 83.734, the applicant proposed a tap hole device allowing starting, adjustment; precise flow and stopping the casting of non-metallic molten material 25, ensuring at all times identical geometric conditions at the outlet of the tap hole. This device, which is in principle also applicable to the casting of liquid metals, provides that two cylinders with parallel axes and mobile around their respective axes, have a common contact line. At least one of! - 2 - cylinders has a groove which extends over a portion of the circumference of the cylinder. This groove is oriented perpendicular to the axis and has a profile and in particular a depth which varies so as to pass through a maximum. By superimposing two cylin-5 dres provided with grooves so that the opening circumscribed by the profiles of the grooves is symmetrical, a system is created making it possible to achieve, by rotation of the cylinders in opposite directions, with respect to the 'other, to a variation of the opening section, while preserving a homothetic section to the initial section.

- 110 L'avantage du dispositif décrit réside principalement 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 15 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·- 110 The advantage of the device described mainly 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. Depending on the configuration of the grooves, an opening of any geometric shape can be obtained. Thus pseudo-elliptical grooves give a perfectly circular opening. At the same time the axis of the orifice does not move ·

Toutefois, lorsqu'on veut adapter les principes décrits dans le bre-20 vet LU 83.734 à la coulée de métaux liquides on est confronté à des problèmes de matériaux en provenance de la nature du liquide et de la température élevée (quelques 1700 °C) que le dispositif doit pouvoir localement supporter. Tout d'abord, la technologie actuelle ne permet pas de réaliser à bas prix des cylindres en matière ré-25 fractaire ayant des dimensions identiques et dont les surfaces s'inscrivent parfaitement dans un cercle. Le métal est susceptible de se figer dans des interstices qu'il est, par suite de l'usinabi-* lité réduite des matériaux réfractaires, impossible d'éviter. Etant donné les variations énormes de température en jeu, les dilatations 30 des pièces ne peuvent plus être négligées pour un dispositif de la taille considérée ici.However, when one wants to adapt the principles described in bre-20 vet LU 83.734 to the casting of liquid metals, one is confronted with problems of materials coming from the nature of the liquid and the high temperature (some 1700 ° C) that the device must be able to support locally. First of all, current technology does not allow cylinders of re-fractional material having identical dimensions and whose surfaces fit perfectly in a circle to be produced at low cost. The metal is likely to congeal in interstices which it is, as a result of the reduced machinability of the refractory materials, impossible to avoid. Given the enormous variations in temperature involved, the expansions of the parts can no longer be neglected for a device of the size considered here.

Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif fonctionnant suivant le principe connu, et où les éléments mécaniques 35 qui viennent directement en contact avec le métal liquide sont exécutés en des matériaux réfractaires éventuellement recouverts d'une couche réfractaire à haute résistance contre l'abrasion et sont ar- - 3 - rangés les uns vis-à-vis des autres de manière à ce que toute irrégularité géométrique existante resp. créée au cours de la marche de l'installation est automatiquement compensée en vue de préserver à tout moment l'étanchéité.The object of the present invention is to provide a device operating according to the known principle, and in which the mechanical elements 35 which come directly into contact with the liquid metal are made of refractory materials possibly covered with a refractory layer of high resistance against abrasion and are arranged in relation to each other so that any existing geometric irregularity resp. created during the operation of the installation is automatically compensated in order to preserve the seal at all times.

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Ce but est atteint par le dispositif suivant l'invention dans lequel les deux cylindres sont montés de manière flottante. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les sous-revendications.This object is achieved by the device according to the invention in which the two cylinders are mounted in a floating manner. Preferential variant embodiments are described in the subclaims.

r - 10 L'avantage principal du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'on n'est plus forcé ni d'exiger des tolérances géométriques strictes, et donc chères, ni d'utiliser des cylindres ayant des dimensions géométriques identiques. De plus le démontage et le remon-15 tage de l'ensemble du dispositif est rapide. D'un autre côté, l'ensemble étant logé dans un caisson étanche, l'invention permet d'éviter tout contact du métal liquide avec l'air jusqu'à la sortie du trou de coulée.The main advantage of the device according to the invention lies in the fact that one is no longer forced either to require strict geometrical tolerances, and therefore expensive, or to use cylinders having identical geometrical dimensions. In addition, the disassembly and reassembly of the entire device is rapid. On the other hand, the assembly being housed in a sealed box, the invention makes it possible to avoid any contact of the liquid metal with the air until the outlet of the tap hole.

20 D'autres avantages offerts par l'invention deviendront apparents par la description des dessins, qui n'en représentent qu'un mode d'exécution.Other advantages offered by the invention will become apparent from the description of the drawings, which represent only one embodiment.

- La fig.l montre une vue schématique de dessus du dispositif de 25 trou de coulée selon l'invention, - la fig.2, une coupe selon la ligne II-II d'après la fig. 1 et - la fig.3, une vue éclatée de certaines pièces en matière réfractaire.- Fig.l shows a schematic top view of the taphole device according to the invention, - Fig.2, a section along line II-II according to fig. 1 and - fig.3, an exploded view of certain pieces of refractory material.

'30 En fig.l on distingue les cylindres 1 et 2 munis respectivement des rainures 3,3 et 4,4'. Les cylindres sont réalisés en matière réfrac- ' - taire, recouverte éventuellement d'une mince couche en un matériau * destiné à augmenter la résistance à l'abrasion. Etant donné les problèmes rencontrés dans l'usinage des matières réfractaires et par 35 suite des difficultés dans la fabrication de cylindres parfaitement égaux, ceux-ci sont montés flottants dans le caisson 5. Le montage flottant est obtenu essentiellement à l'aide de deux sortes de dis- ! : - 4 - positifs ayant des fonctions distinctes: - les premiers ont uniquement une fonction de serrage et leur surface de contact avec le cylindre est réduite. Ils sont constitués 5 par un patin 6 en matériau réfractaire, qui s'étend sur une hauteur suffisante de la surface des cylindres 1 resp. 2, lequel patin peut se déplacer dans un évidement 7 du boîtier 5. Les forces exercées par les patins 6 sur les cylindres 1,2 peuvent être réglées par un choix judicieux des ressorts 8, par vissage resp. dé-- 10 vissage des manchons 9 ou par tout autre moyen approprié (p. ex rondelles Belleville). Le plan, dans lequel se trouve la résultante des forces appliquées par un patin 6 à un cylindre, forme avec le plan passant par les axes des cylindres 1 et 2 un angle A. Cet angle A vaut de préférence quelque 50 degrés.'30 In fig.l there are cylinders 1 and 2 provided with grooves 3.3 and 4.4 'respectively. The cylinders are made of refractory material, possibly covered with a thin layer of a material * intended to increase the resistance to abrasion. Given the problems encountered in the machining of refractory materials and consequently the difficulties in the manufacture of perfectly equal cylinders, these are mounted floating in the box 5. The floating assembly is obtained essentially using two kinds say! : - 4 - positive with distinct functions: - the first have only a clamping function and their contact surface with the cylinder is reduced. They consist of a pad 6 made of refractory material, which extends over a sufficient height from the surface of the cylinders 1 resp. 2, which shoe can move in a recess 7 of the housing 5. The forces exerted by the shoes 6 on the cylinders 1,2 can be adjusted by a judicious choice of the springs 8, by screwing resp. unscrewing the sleeves 9 or by any other suitable means (e.g. Belleville washers). The plane, in which is the result of the forces applied by a shoe 6 to a cylinder, forms with the plane passing through the axes of the cylinders 1 and 2 an angle A. This angle A is preferably worth about 50 degrees.

15 - les seconds ont à côté de leur fonction de serrage, également un rôle de guidage du métal liquide et d'étanchéisation. Ils sont essentiellement constitués par deux blocs réfractaires 12, 13 possédant chacun deux évidements cylindriques 14, 15 resp. 16, 17 dans 20 lesquels les cylindres 1 et 2 viennent se loger. Les évidements sont de préférence sur toute leur surface en contact avec les cylindres.15 - the second have, besides their clamping function, also a role of guiding the liquid metal and sealing. They are essentially constituted by two refractory blocks 12, 13 each having two cylindrical recesses 14, 15 resp. 16, 17 in which the cylinders 1 and 2 are housed. The recesses are preferably over their entire surface in contact with the cylinders.

Lorsque les cylindres ont un diamètre légèrement inférieur â celui 25 représenté sur la figure 1, les patins 6 tendent à déplacer les cylindres de façon à assurer leur contact avec les évidements près du trou de coulée 20. Pour limiter le frottement entre les blocs 12, 13 et les cylindres 1, 2 et pour parfaire l'étanchéité, il est prévu d'appliquer ( à l'exception des évidements 3,3' et 4,4') une pâte 30 lubrifiante, p.ex. à base de graphite, sur les cylindres 1, 2 avant montage dans le caisson 5. Un coulis réfractaire injecté dans les ' - fentes 18 et 19 lors du montage évite un écoulement transversal du r métal le long de ces fentes lors de la coulée. Ces fentes proviennent du fait qu'il n'est pas aisé d'usiner les briques réfractaires 35 12, 13, constituées par un matériau cassant, de manière à aboutir à des arêtes suffisamment pointues pour remplir complètement l'interstice entre les deux cylindres. Le bloc 13 s'appuie contre les cy- s - 5 - muni d'un trou 20 qui aboutit aux rainures 3, 4 lorsque les cylindres sont en position de coulée. Pareillement le bloc 13, qui avoisine le récipient, comporte un trou 22 .When the cylinders have a diameter slightly smaller than that shown in FIG. 1, the shoes 6 tend to move the cylinders so as to ensure their contact with the recesses near the taphole 20. To limit the friction between the blocks 12, 13 and the cylinders 1, 2 and to complete the seal, provision is made to apply (with the exception of the recesses 3.3 ′ and 4.4 ′) a lubricating paste, eg based on graphite , on the cylinders 1, 2 before mounting in the casing 5. A refractory grout injected into the '- slots 18 and 19 during mounting prevents transverse flow of the metal along these slots during casting. These slots arise from the fact that it is not easy to machine the refractory bricks 12, 13, constituted by a brittle material, so as to result in edges sufficiently sharp to completely fill the gap between the two cylinders. The block 13 rests against the cys - 5 - provided with a hole 20 which terminates in the grooves 3, 4 when the cylinders are in the casting position. Similarly the block 13, which borders the container, has a hole 22.

5 Pour isoler thermiquement le boîtier 5 et les cylindres 1, 2 il est conseillé de prévoir une coquille 11, de préférence en fibres céramiques, sur la majorité des faces du boîtier 5 en regard des cylindres. Cette coquille, qui présente une faible compressibilité, est également apte à compenser des variations de diamètre des cylindres.5 To thermally insulate the housing 5 and the cylinders 1, 2 it is advisable to provide a shell 11, preferably made of ceramic fibers, on the majority of the faces of the housing 5 opposite the cylinders. This shell, which has low compressibility, is also capable of compensating for variations in the diameter of the cylinders.

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En Fig. 2, ou est représentée une coupe à travers le dispositif de trou de coulée, on distingue une plaque en matériau réfractaire 23, posée dans le fond du boîtier 5. La plaque 23 ainsi que le fond du boîtier 5 présentent deux trous à travers lesquels passent deux axes 15 pour la mise en rotation des cylindres. Les embouts des axes ont une forme qui remplit un évidement 21 à section rectangulaire dans les cylindres 1, 2. La rotation synchrone des cylindres, en contresens l'un par rapport à l'autre est assurée à l'aide de deux roues dentées 24. L'entraînement des roues peut être assuré par un levier, un 20 vérin ou un servo-moteur. Les cylindres, auxquels il est relativement aisé de donner une hauteur sensiblement indentique, ont une des bases qui s'appuie sur la plaque 23. Ils sont tenus de l'autre côté par une deuxième plaque 25 en matériau réfractaire. Deux arbres à cames 27, montés sur le boîtier 5 appuient par l'intermédiaire d'une 25 plaque métallique 28 et de ressorts 26 sur la plaque 25. La force d'appui peut être facilement ajustée par un dimensionnement conséquent des cames et des ressorts 26. Des couches compressibles 29 compensent toute différence entre les épaisseurs des briques 12, 13 et les hauteurs des cylindres 1, 2 et assurent l'étanchéité de l'en-30 semble. Une couche en fibres réfractaires 31 assure une isolation thermique entre la plaque réfractaire 23 et la plaque arrière du • „ boîtier 32.In Fig. 2, or a section is shown through the taphole device, there is a plate of refractory material 23, placed in the bottom of the housing 5. The plate 23 and the bottom of the housing 5 have two holes through which pass two axes 15 for the rotation of the cylinders. The ends of the axes have a shape which fills a recess 21 of rectangular cross section in the cylinders 1, 2. The synchronous rotation of the cylinders, in opposite directions with respect to each other is ensured by means of two toothed wheels 24 The wheels can be driven by a lever, a jack or a servo motor. The cylinders, to which it is relatively easy to give a substantially identical height, have one of the bases which is supported on the plate 23. They are held on the other side by a second plate 25 made of refractory material. Two camshafts 27 mounted on the housing 5 support by means of a metal plate 28 and springs 26 on the plate 25. The bearing force can be easily adjusted by a consequent dimensioning of the cams and springs 26. Compressible layers 29 compensate for any difference between the thicknesses of the bricks 12, 13 and the heights of the cylinders 1, 2 and ensure the tightness of the in-30 seems. A layer of refractory fibers 31 provides thermal insulation between the refractory plate 23 and the rear plate of the housing 32.

Il est bien évident qu'au lieu d'employer des cartouches à pas de 35 vis pour ajuster la force appliquée aux cylindres par les patins 6, on peut utiliser également à cet effet des cames actionnées par des leviers. De même, au lieu d'employer des roues dentées 24, on peut 4 - 6 - choisir avantageusement des bielles actionnées par un vérin hydraulique ou électrique.It is obvious that instead of using screw thread cartridges to adjust the force applied to the cylinders by the pads 6, cams actuated by levers can also be used for this purpose. Similarly, instead of using toothed wheels 24, one can advantageously choose connecting rods actuated by a hydraulic or electric actuator.

En fig.3 on remarque les cylindres 1, 2 munis de fentes 21 à section 5 rectangulaire. Par suite de la présence de rainures 3,3’ et 4,4' sur les côtés opposés de chaque cylindre, il est possible de commander le flux de métal liquide par l'intermédiaire des rainures 3' et 4' une fois que les rainures 3 et 4 ne présentent plus les caractéristiques requises. La section carrée des fentes 21 élimine tout risque -10 d'erreur de raccordement au système d'entraînement. Les plaques 23 resp. 25 peuvent être montées de quatre façons différentes dans le boîtier 5 et en plus elles peuvent être échangées entre elles. Pareillement les blocs 12 et 13 peuvent être échangés. .Toutes ces possibilités réduisent les frais de fonctionnement provoqués par 15 l'usure. En outre, étant donné qu'il n'y a que trois sortes de piè ces différentes en matiériau réfractaire dont l'usure est prononcée, les frais de fabrication et de stockage sont réduits.In fig. 3 we note the cylinders 1, 2 provided with slots 21 with rectangular section 5. Due to the presence of grooves 3.3 'and 4.4' on the opposite sides of each cylinder, it is possible to control the flow of liquid metal through grooves 3 'and 4' once the grooves 3 and 4 no longer have the required characteristics. The square section of the slots 21 eliminates any risk of connection error to the drive system. The plates 23 resp. 25 can be mounted in four different ways in the housing 5 and in addition they can be exchanged between them. Similarly blocks 12 and 13 can be exchanged. All these possibilities reduce the operating costs caused by wear. In addition, since there are only three different kinds of refractory material, the wear of which is pronounced, the manufacturing and storage costs are reduced.

JJ

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Claims

1. tap hole device for furnaces or metallurgical vessels having a variable opening produced by means of two cylinders with parallel axes and movable around their respective axes having a common contact line, at least one of the cylinders comprising a groove extending along a part of its circumference characterized in that the two cylinders (1, 2) are mounted in a floating manner. -1 °

2. taphole device according to claim 1, characterized in that the floating mounting is carried out using two kinds of devices, the first having a clamping role, the second having a sealing role in addition. and for guiding the liquid metal.

3. tap hole device according to claim 2, characterized in that there are two clamping devices each consisting of a shoe (6) mounted movably and on which a clamping force is exerted due to a spring (8).

4. taphole device according to claim 3, characterized in that the plane in which the result of the forces applied by a shoe (6) to a cylinder (1 resp. 2) is formed with the passing plane. by the axes of the cylinders (1, 2) an angle between 30 and 60 degrees.

5. Taphole device according to claim 2, characterized in that there are two devices for clamping, sealing and guiding the liquid metal, each consisting of a refractory block (12 , 13) having two cylindrical recesses (14, 15 resp. 16, 17) in which are housed the • p cylinders, (1, 2) and a hole (20, 22) which leads to the groove (s) (3, 3 ', 4,4') in the cylinder (s) (1,2) when these are in the casting position.

6. A taphole device according to claim 5, characterized in that at least one refractory block (13) is subjected to a clamping force due to springs 30 which pushes it substantially towards the cylinder axes ·

7. taphole device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lateral sides of the refractory blocks (12, 13) and the bases of the cylinders (1, 2) bear against plates of refractory material ( 23, 25).

8. tap hole device according to claim 7, characterized in that at least one of the plates (25) is clamped against the refractory blocks and the bases of the cylinders under the action of springs (26).

9. tap hole device according to claims 7 or 8, ca acterized in that between the refractory blocks (12, 13) and the plates (23, 25) are compressible layers (29).

10. tap hole device according to one of claims 1, 5, 20 7, characterized in that the two cylinders (1, 2), the two plates of refractory material (23, 25) and the two refractory blocks (12 , 13) respectively have substantially identical dimensions. "" J * +