LU87926A1 - Procede de bouchage du trou de coulee d'un four a cuve et machine de bouchage pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Description

PROCEDE DE BOUCHAGE DU TROU DE COULEE D'UN FOUR A CUVE ET MACHINE DE BOUCHAGE POUR IA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE

La présente invention concerne un procédé de bouchage du trou de coulée d'un four à cuve à l'aide d'une boucheuse montée sur un bras porteur pivotant autour d'une colonne de support sous l'action d'au moins un vérin hydraulique, ladite boucheuse comprenant une chambre dans laquelle coulisse un piston pour éjecter une masse de bouchage à travers une bouche frontale de la boucheuse dans le trou de coulée pendant que la boucheuse est maintenue en appui sur la paroi du four sous l'action du vérin hydraulique. L'invention concerne également une machine de bouchage pour la mise en oeuvre de ce procédé.

On sait que les trous de coulée d'un four à cuve et, plus particulièrement d'un haut fourneau, sont bouchés avec une masse d'obturation qui est appliquée à une pression très élevée à l'aide d'une boucheuse ou d'un canon à argile et qui obture le trou de coulée en se durcissant. Les masses de bouchage sont généralement à base d'argile avec des additifs synthétiques accélérant le processus de durcissement. La contrepression élevée des hauts fourneaux modernes et les propriétés des masses de bouchage utilisées actuellement, exigent des pressions très élevées pour l'obturation des trous de coulée et les machines à boucher doivent être conçues en conséquence.

Ces machines modernes sont conçues pour opérer à une pression de bouchage pouvant monter jusqu'à 200*105 Pa ou plus. Pour pouvoir opérer à une telle pression de bouchage, il faut disposer d'une pression hydraulique de travail de l'ordre de 300*105 Pa afin de surmonter les pertes de force et dominer la différence de section défavorable entre le piston éjecteur dans la boucheuse, d'une part et son piston, d'autre part. Par ailleurs, lors de l'injection de la masse de bouchage dans le trou de coulée, la boucheuse subit, de la part de la paroi des fours, une contrepression égale à la pression de bouchage. Pour dominer cette contrepression, il faut, par conséquent, que la boucheuse soit poussée contre la paroi du four avec une force d'appui au moins égale à la force de bouchage. Pour assurer, en plus, l'étanchéité et empêcher les fuites entre la paroi du four et la bouche de la boucheuse il faut augmenter la pression d'appui de la boucheuse de l'ordre de 10 à 20% par rapport à la pression de bouchage. Jusqu'à présent, ceci est réalisé en soumettant le vérin hydraulique actionnant le bras porteur de la boucheuse à la pleine pression de travail du système hydraulique, qui est de l'ordre de 300*10^ Pa dans les machines puissantes. Cette pression engendre, en tenant compte de la géométrie de la machine de bouchage, une force maximale de l'ordre de 42000 daN avec laquelle la boucheuse est appliquée sur la paroi du four.

Si les boucheuses sont conçues pour effectuer le bouchage à ces pressions élevées, il faut remarquer que cette pression maximale n'est pas requise pendant tout le processus de bouchage. En effet, dans la phase initiale, lorsque le trou de coulée offre peu de résistance à la masse de bouchage, la pression requise pour éjecter la masse à travers la bouche dans le trou de coulée est relativement faible, de l'ordre de 50*10^ Pa ou moins, pour grimper progressivement, à la fin du processus de bouchage vers des valeurs de l'ordre de 200*105 Pa. Ceci signifie également, qu'en appliquant la boucheuse avec la force maximale contre la paroi du four pendant tout le processus de bouchage, cette force est, du moins au début de l'opération de bouchage, au moins quatre fois supérieure à la force réellement requise. Cette force excessive, outre son gaspillage intrinsèque, risque de casser ou d'enfoncer les briques entourant le trou de coulée, ceci d'autant plus, que le bord annulaire de la bouche de la boucheuse se présente sous forme d'arête relativement aigue.

Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé et une nouvelle machine de bouchage qui permettent de réduire les risques d'abîmer la configuration de la paroi du four autour du trou de coulée lors de l'opération de bouchage.

Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que la pression d'appui Ρ·| du vérin hydraulique pour maintenir la boucheuse en appui sur la paroi du four est modulée pendant l'opération de bouchage en fonction de la pression hydraulique P2 du piston éjectant la masse.

La modulation est, de préférence, effectuée selon la relation P-j = k*P2 dans laquelle k φ· 1 est une constante prédéterminée dépendant des propriétés de la masse de bouchage.

La modulation est, de préférence, réalisée de manière que la pression d'appui P-| soit au moins égale à une pression minimale prédéterminée Pmin.

Cette modulation de la pression d'appui de la boucheuse permet d'accroître progressivement et proportionnellement à la pression de bouchage, la force avec laquelle la boucheuse est appliquée contre la paroi du four. Cette mesure permet de réduire le gaspillage de forces qui risquent d'abîmer le pourtour du trou de coulée. L'invention propose également une machine de bouchage du trou de coulée d'un four à cuve, comprenant une boucheuse montée sur un bras porteur pivotant autour d'une colonne de support sous l'action d'un vérin hydraulique fonctionnant sous une pression P-j , ladite boucheuse comprenant une chambre dans laquelle coulisse un piston actionné à une pression P2 pour éjecter la masse de bouchage à travers une bouche frontale de la boucheuse dans le trou de coulée, pendant que la boucheuse est maintenue en appui sur la paroi du four sous l'action dudit vérin hydraulique et un agrégat d'alimentation pour délivrer du fluide hydraulique à une pression de travail Pq et assurer la commande hydraulique du vérin et du piston à travers des distributeurs, caractérisé par un premier circuit d'alimentation du vérin hydraulique relié à la pression de travail Pq de l'agrégat d'alimentation à travers un réducteur de pression définissant une pression minimale Pmin et par un second circuit d'alimentation du vérin dans lequel la pression hydraulique est fonction de la pression P2 agissant sur le piston de la boucheuse.

Selon un premier mode de réalisation, le second circuit est relié à travers des clapets anti-retour pilotés à la pression P2 du piston de la boucheuse.

Selon un second mode de réalisation, le second circuit comporte un réducteur de pression réglable reliée à la pression de travail Pg et piloté par un capteur de pression mesurant la pression P2 du piston de la boucheuse. Ce circuit peut, en outre, comprendre un organe de multiplication ou de démultiplication des mesures du capteur de pression pour assurer une modulation selon la relation P·] = k P2. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description de quelques modes de réalisations préférés, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre schématiquement, en plan, et partiellement en coupe, une machine de bouchage d'un trou de coulée d'un four à cuve; la figure 2 illustre un graphique montrant l'évolution des pressions hydrauliques lors d'un processus de bouchage; la figure 3 représente graphiquement les forces en présence;

La figure 4 représente un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation d'un circuit de modulation de la pression d'appui de la boucheuse et la figure 5 représente un schéma synoptique d'un second mode de réalisation d'un circuit de modulation de la pression d'appui de la boucheuse.

La figure 1 représente schématiquement une machine de bouchage d'un trou de coulée d'un haut fourneau. Cette machine comporte une boucheuse 10 supportée par l'une des extrémités d'un bras porteur 12 dont l'extrémité opposée pivote autour d'une colonne 14 dressée sur un socle 16. Le pivotement du bras porteur 12 est réalisé sous l'action d'un vérin hydraulique 18 monté sur le socle 16 et dont la tige 20 agit directement sur le bras porteur 12. La référence 22 représente une tige de guidage et d'orientation de la boucheuse 10 lors du mouvement du bras porteur 12. La boucheuse 10 comporte une chambre à argile cylindrique 24, prolongée, vers l'arrière, par un cylindre hydraulique 26 dont la tige 28 agit sur un piston 30 coulissant dans la chambre cylindrique 24. La masse de bouchage contenue dans la chambre 24 est éjectée de celle-ci sous l'effet de la poussée du piston 30 à travers une bouche rétrécie 32 comprenant, à son extrémité, un bourrelet 34 entourant l'ouverture de sortie et devant être appliqué de manière étanche sur la paroi du four autour du trou de coulée, lors de l'injection de la masse de bouchage dans le trou de coulée.

La référence P2 représente la pression hydraulique dans le cylindre hydraulique 26 pour déplacer le piston éjecteur 30 dans la chambre 24. Cette pression hydraulique doit être supérieure à la pression avec laquelle la masse de bouchage est éjectée à travers la bouche 32 pour compenser d'une part, les pertes de force dues au rétrécissement de la bouche 32 et qui sont fonction de la viscosité de la masse de bouchage et de la vitesse de déplacement du piston 30 et, d'autre part, la relation de transmission défavorable résultant du fait que la section de la chambre 24 est plus grande que celle du cylindre hydraulique 26. Lorsque la pression de bouchage monte jusqu'à 200ΊO5 Pa il faut disposer d'une pression de travail hydraulique P2 de l'ordre de 300*10^ Pa.

La référence Pq représente la pression hydraulique du vérin 18. Cette pression est variable suivant qu'il s'agit de déplacer la boucheuse ou qu'il s'agit de la maintenir en appui étanche sur la paroi du four lors du processus de bouchage.

Un agrégat hydraulique non représenté fournit le fluide hydraulique à la pression de travail Pq, de l'ordre de 300*10^ Pa pour alimenter, à la fois le vérin 18 et le cylindre hydraulique 26 de la boucheuse 10.

Toutefois, alors que jusqu'à présent la pression P^ du vérin 18 correspondait à la pleine puissance de la pression de travail Pq pendant toute la durée du bouchage pour maintenir la boucheuse en appui sur la paroi du four, la présente invention propose de moduler la pression Pi du vérin 18 en fonction de la pression P2 requise pour déplacer le piston 30 et éjecter la masse de bouchage dans le trou de coulée.

Le diagramme de la figure 2 représente l'évolution des pressions au cours d'une opération de bouchage qui, dans l'exemple représenté, est supposée durer une cinquantaine de secondes. La pression disponible par l'agrégat hydraulique est la pression Pq de l'ordre de 300*10^ Pa.

Les 15 secondes initiales sont prévues pour déplacer la boucheuse d'une position de garage vers la position de travail, en appui sur la paroi du four sous l'action du vérin hydraulique 18 fonctionnant à une pression Pi. Cette pression Pq est de l'ordre de 70*10^ Pa pour la mise en route de la boucheuse. Une fois la boucheuse en mouvement, v c la pression Pi tombe a une valeur d'environ 50*10 Pa pour monter rapidement à environ 90*10^ Pa au contact de la bouche 32 avec la paroi du four.

Des que la boucheuse se trouve dans sa position de travail au bout de 15 secondes on entame le processus de bouchage. La courbe P2 représente la pression dans le cylindre hydraulique 26 nécessaire au déplacement du piston 30 et à l'éjection de la masse de bouchage. Durant les 10 secondes initiales de l'opération de bouchage on constate que la pression P2 n'est pas très élevée et ne monte que faiblement alors que durant la seconde moitié de l'opération de bouchage cette pression P2 monte rapidement vers la pression maximale disponible Pg. Ceci est dû au fait que le trou de coulée offre relativement peu de résistance à la masse de bouchage au début de l'opération, alors qu'au fur et à mesure le trou de coulée est obturé, cette résistance augmente. L'évolutaion de la courbe P2 dépend bien entendu, entre autre, de la viscosité de la masse de bouchage et du comportement de celle-ci à l'intérieur du trou de coulée.

Alors que, jusqu'à présent, la pression P-j du vérin 18 est égale à la pression de travail Pg dès l'initiation de l'opération de bouchage, en l'occurrence au bout de 15 secondes, la présente invention propose de maintenir, dans la phase initiale, la pression P-j à une valeur minimale pmin/ de l'ordre de 90*10^ Pa, ce qui est largement suffisant pour contenir les contre-réactions sur la boucheuse occasionnées par la pression de bouchage P2 et pour assurer une étanchéité suffisante autour de l'ouverture d'éjection à travers la bouche 32. Des gue la pression P2 atteint, environ au bout de 10 secondes de bouchage, la pression Pmin a laquelle est maintenue le vérin 18, la pression hydraulique P-j de ce cernier est augmentée progressivement conformément à l'évolution de la pression P2, ceci jusqu'à la pression maximale de travail P g, de sorte que les courbes illustrant les pressions P-j et P2 sont confondues sur le graphique pendant la seconde moitié de l'opération de bouchage.

Dans la pratique il est préférable d'avoir la possibilité de moduler P-j suivant la relation P-j = k, k étant une constante choisie notamment en fonction des propriétés de la masse de bouchage. Le cas discuté ci-dessus lorsque P-) est égale à P2 en fin de bouchage est évidemment celui lorsque k est égal à 1 . Les deux courbes représentées en trait interrompu sur la figure 2 représentent des exemples de modulations de la pression d'appui lorsque k est supérieur ou inférieur à l'unité.

Lorsque la masse de bouchage est relativement fluide il faudra augmenter la valeur de la constante k et la pression P-] évoluera sensiblement selon la courbe supérieure. Par contre, lorsque la masse de bouchage aura un degré de viscosité élevé il est préférable de diminuer la valeur de k afin que la pression P-j suive une courbe analogue à la courbe inférieure.

La description ci-dessus est basée sur la pression hydraulique P^ du vérin 18 et la pression hydraulique P2 du cylindre hydraulique 26 de la boucheuse 10. Toutefois, le résultat des courbes de ces pressions P·] et P2 doit être analysé en termes de force au niveau de la bouche 32 de la boucheuse 10 afin que la force d'appui de la boucheuse sur la paroi du four puisse compenser les contre-réactions résultant de la pression de bouchage et puisse en plus, assurer une étanchéité suffisante pour empêcher les fuites latérales de la masse de bouchage. C'est la raison pour laquelle les données relatives aux pressions P-j et P2 illustrées par la figure 2 sont transposées en termes de force sur la figure 3.

Cette figure 3 illustre, en unités de 1 000 daN, les forces engendrées par les pressions P-j et P2 en fonction du temps de bouchage. Devant les ordonnées figurent, en unités de 105 Pa les pressions correspondantes P·] et P2 du cylindre hydraulique 18 respectivement du vérin 26. Entre ces deux ordonnées figure la pression de bouchage P, c'est-à-dire la pression exercée sur la masse de bouchage au niveau de l'ouverture de sortie à travers la bouche 32. Lorsque la pression P2 est maximale, c'est-à-dire correspond à Pq = 300 * 10^ Pa, la pression de bouchage P est de l'ordre de 200*10^ Pa. Ceci est essentiellement dû, comme mentionné ci-dessus, au fait que la section de la chambre 24 de la boucheuse 10 est supérieure à la section du cylindre hydraulique 26. A la pression P-j maximale de 300*105 Pa correspond à

O une force d'appui maximale de 42*10 daN de la boucheuse sur la paroi du four. Par contre, à la force de bouchage maximale P = 200*10^ Pa correspond une force maximale de bouchage de l'ordre de 36*10^ daN. Autrement dit, la force d'appui maximale de la boucheuse excède la force maximale de bouchage de l'ordre de 17% ce qui est suffisant pour empêcher les fuites latérales de la masse de bouchage.

La courbe F2 représente la force effective de bouchage occasionnée par la pression P2. L'allure générale de cette courbe correspond forcément à celle de P2 de la figure 2. La courbe F-j représente la force effective d'appui de la boucheuse sur la paroi du four sous l'action de la pression P-| . Cette courbe comporte, par conséquent, un palier horizontal correspondant à la pression minimale de la figure 2, alors que pour le reste l'allure générale correspond également à la courbe P·] de la figure 2. Toutefois, contrairement à la figure 2, selon laquelle les pressions P·] et P2 étaient confondues pour les valeurs dépassant la pression Pmin les courbes représentant les pressions effectives F·] et F2 sont nettement distinctes sur la figure 3, ce qui est mis en évidence par l'aire hachurée. La raison est que la force effective de bouchage subit, pendant toute la durée du bouchage, un décalage par rapport à la pression hydraulique P2 par suite des pertes de forces dans la chambre 24 et dans sortie rétrécie à travers la bouche 32. Ces pertes sont essentiellement fonction de la viscosité de la masse de bouchage. Ces pertes de forces dans la boucheuse font en sorte que la pression d'appui effctive F·] est en permanence supérieure à la force de bouchage effective F2, cette différence étant suffisante pour assurer les fuites latérales de la masse de bouchage. Autrement dit, la zone hachurée sur la figure 3 représente les forces disponibles rien que pour assurer l'étanchéité entre la bouche 32 de la boucheuse 10 et la paroi du four. L'aire hachurée sur la figure 3 résulte de la situation de la figure 2 lorsque P-j est égal à P2. Les courbes en traits pointillés sur la figure 3 correspondent aux courbes de la figure 2 pour lesquelles intervient un facteur k de modulation.

La figure 4 illustre un premier mode de réalisation d'un circuit hydraulique de modulation de la pression P-j du vérin 18 en fonction de la pression hydraulique P2 du cylindre hydraulique 26. La pression de travail Pq d'une valeur de l'ordre de 300'10^ Pa est fournie par un agrégat hydraulique non représenté. Cette pression de travail Pq est réduite à la valeur Pmin dans un réducteur de pression 40. Le vérin 18 est alimenté en fluide hydraulique à cette pression Pmin à travers un distributeur 42 et deux clapets anti-retour 44 et 46 pour assurer le déplacement de la boucheuse de la position de garage vers la position opérative et pour assurer l'appui de la boucheuse sur la paroi du four à la pression Pmin au début du processus de bouchage selon la figure 2.

Le cylindre hydraulique 26 est alimenté directement par l'agrégat hydraulique à la pression Pq à travers un distributeur 48 et la pression Ρ2 actionnant le cylindre hydraulique 26 augmente progressivement conformément à la courbe P2 de la figure 2.

En vue de la modulation de la pression Pi en fonction de la pression P2, le circuit d'alimentation du vérin 18 est relié au circuit d'alimentation du cylindre 26 à travers deux clapets anti-retour pilotés 50 et 52. Ces deux clapets 50 et 52 empêchent le passage incontrôlé du fluide hydraulique d'un circuit à l'autre. Lorsque le vérin 18 est alimenté à la pression minmale Pmin clapet 52 est automatiquement ouvert sous l'effet de cette pression. Par contre, le clapet anti-retour 50 empêche le fluide hydraulique de circuler à la pression Pmin vers le circuit d'alimentation du cylindre hydraulique 26 et d'actionner par exemple involontairement la boucheuse lors de son déplacement de celle-ci sous l'action du vérin 18. Le clapet anti-retour 50 est piloté par la pression du circuit d'alimentation du cylindre 26 de manière à s'ouvrir lorsque la pression P2 dépasse la pression Pmin· ^ar conséquent, dès cet instant, le fluide hydraulique peut circuler du circuit d'alimentation du cylindre 26 à travers le clapet 52 ouvert sous la commande de la pression et à travers le clapet 50 dans le circuit d'alimentation du vérin 18 afin de rendre la pression P-j égale à la pression P2. Par conséquent, à partir de l'ouverture du clapet 50 on se retrouve dans les conditions illustrées par la figure 2 lorsque P·] est égal à P2, la constante k n'intervenant pas dans le circuit selon la figure 4.

Il est à noter que le clapet anti-retour piloté 52 n'est pas nécessaire pour la modulation de la pression P-j conformément à la présente invention. Ce clapet sert à empêcher le passage du fluide hydraulique dans le circuit du vérin 18 lorsque, par exemple, le cylindre 26 est manoeuvré, dans la position de garage de la boucheuse en vue de son remplissage.

La figure 5 illustre un mode de réalisation d'un circuit faisant intervenir la constante k pour déterminer le degré de modulation selon la figure 2. Sur la figure 5, on a utilisé des références identiques à celles de la figure 4 pour désigner des éléments correspondants. L'alimentation du vérin 18 à la pression minimale Pmin selon le schéma de la figure 5 est identique à celle du mode d'exécution selon la figure 4. Toutefois, contrairement à la figure 4, le circuit d'alimentation du vérin 18 n'est pas relié directement au circuit d'alimentation du cylindre 26, mais, au lieu de cela, il est relié par l'intermédiaire d'un circuit parallèle 54 à la pression Pq de l'agrégat hydraulique, ce circuit intervenant à partir du moment où la pression P2 dépasse la pression minimale Pmin. Ce circuit parallèle 54 est ouvert par un clapet anti-retour piloté 56 dont l'ouverture est commandée automatiquement par le circuit d'alimentation du cylindre 26 lorsque la pression P2 atteint la valeur Pmin.

Le circuit 54 comporte, en outre, un réducteur de pression 58 à commande automatique placé sous le contrôle d'un capteur de pression 60 qui mesure la pression P2 et qui pilote le réducteur de pression 58, en fonction de la valeur de P2, à travers un organe 62 de multiplication ou de démultiplication servant à introduire la constante k à la modulation de la pression P·] selon la formle P-j = k P2 conformément à la figure 2. Autrement dit, le réducteur de pression 58 est commandé automatiquement pour réduire la pression P g à la pression k P2, sous la commande du capteur 60 et de l'organe 62 dès que la pression P2 dépasse la pression Pmin. L'organe 62 est conçu de manière à pouvoir ajuster manuellement la valeur de la constante k en fonction des propriétés de la masse de bouchage.

Alors que jusqu'à présent on devait limiter la pression

v C A de bouchage a environ 200*10 Pa pour ne pas abîmer la paroi du four avec une pression d'appui excessive, la modulation de la pression d'appui proposée par la présente invention permet de dépasser la limite de 200*105 Pa de la pression de bouchage.

Claims (7)

1 . Procédé de bouchage du trou de coulée d'un four à cuve à l'aide d'une boucheuse montée sur un bras porteur pivotant autour d'une colonne de support sous l'action d'un vérin hydraulique, ladite boucheuse comprenant une chambre dans laquelle coulisse un piston pour éjecter une masse de bouchage à travers une bouche frontale de la boucheuse dans le trou de coulée pendant que la boucheuse est maintenue en appui sur la paroi du four sous l'action du vérin hydraulique, caractérisé en ce que la pression d'appui P·} du vérin hydraulique pour maintenir la boucheuse en appui sur la paroi du four est modulé pendant l'opération de bouchage en fonction de la pression hydraulique P2 du piston éjectant la masse de bouchage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modulation est effectuée selon la relation P-|= k P2 dans laquelle k ^ 1 est une constante prédéterminée dépendant des propriétés de la masse de bouchage.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la modulation est réalisée de manière que la pression d'appui P-j soit au moins égale à une pression minimale prédéterminée Pmin*

4. Machine de bouchage du trou de coulée d'un four à cuve comprenant une boucheuse (10) montée sur un bras porteur (12) pivotant autour d'une colonne de support (14) sous l'action d'un vérin hydraulique (18) fonctionnant sous une pression P·], ladite boucheuse (10) comprenant une chambre (24) dans laquelle coulisse un piston hydraulique (30) actionné à une pression P2 pour éjecter la masse de bouchage à travers une bouche frontale (32) de la boucheuse (10) dans le trou de coulée pendant que la boucheuse (10) est maintenue en appui sur la paroi du four sous l'action dudit vérin hydraulique (18) et un agrégat hydraulique pour délivrer du fluide hydraulique à une pression de travail Pq et assurer la commande hydraulique du vérin (18) et du piston (30) à travers des distributeurs (42, 48), caractérisé par un premier circuit d'alimentation du vérin hydraulique (18) relié à la pression de travail P g de l'agrégat hydraulique à travers un réducteur de pression (40) définissant une pression minimale Pmin et par un second circuit d'alimentation du vérin (18) dans lequel la pression hydraulique est fonction de la pression P2 agissant sur le piston (30).

5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second circuit est relié à travers des clapets antiretour pilotés (50, 52) à la pression P2 du piston de la boucheuse (10).

6. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second circuit (54) comporte un réducteur de pression automatique relié à la pression de travail Po et piloté par un capteur de pression (60) mesurant la pression P2 du piston de la boucheuse (10).

7. Machine selon la revendication 6, caractérisée par un organe (62) de multiplication ou de démultiplication des mesures du capteur de pression (60).