LU88253A1 - Trou de coulée pour un four à cuve, notamment un haut fourneau - Google Patents

Description

TROU DE COULEE POUR UN FOUR A CUVE. NOTAMMENT UN HAUT

FOURNEAU

La présente invention concerne un trou de coulée pour un four à cuve, notamment un haut fourneau.

Pour soutirer un produit en fusion d'un four à cuve, par exemple, la fonte d'un haut fourneau, le four à cuve est .muni d'un trou de coulée. Ce dernier constitue essentiellement un canal d'écoulement pour le produit en fusion, qui traverse la paroi du four à cuve et qui peut être ouvert et obturé pour soutirer de façon intermittente le produit en fusion qui s'est accumulé au fond du creuset.

Il est rappelé qu'il est aujourd'hui connu d'ouvrir, respectivement de former le canal d'écoulement d'un trou de coulée selon deux procédés. Selon le premier procédé, on fore à l'aide d'un foret le canal d'écoulement à travers une masse de bouchage durcie(avec laquelle on a obturé le trou de coulée. Selon le deuxième procédé, on introduit dans la masse de bouchage, avant son durcissement complet, une tige de perçage, qu'on retire après durcissement de la masse de bouchage pour former le canal d'écoulement. Après ouverture du canal d'écoulement du trou de coulée, le produit en fusion s'écoule à travers ce dernier et jaillit à sa sortie, sous forme d'un jet libre, dans une rigole d'écoulement aménagée dans le plancher de coulée du four à cuve.

Pour diminuer sur un four à cuve le débit de soutirage du produit en fusion, c'est-à-dire pour augmenter le temps d'une coulée, il faut travailler avec des canaux d'écoulement à section de passage très petite. Sur les hauts fourneaux modernes on travaille par exemple avec des forets ou tiges de perçage d'un diamètre de 4 à 6 cm pour former ledit canal d'écoulement dans la masse de bouchage. Il s'agit en effet de créer dans le trou de coulée des pertes de charges de l'ordre de quelques bars, compte tenu que la pression dans la fonte près de l'entrée du trou de coulée est de l'ordre de 5 à 10 bars.

Un problème des trous de coulée actuels est que le canal d'écoulement, formé dans la masse de bouchage, présente une mauvaise tenue à l'érosion par le produit en fusion qui s'écoule à grande vitesse à travers celui-ci. Il s'ensuit que la section de passage du canal d'écoulement augmente rapidement, et que la perte de charge dans le trou de coulée diminue pour provoquer, au cours de la coulée, un accroissement sensible du débit de la fonte soutirée. Cet accroissement continu du débit provoque naturellement une diminution rapide du volume de la fonte qui s'est accumulée dans le creuset, et la coulée doit être interrompue. Sur les hauts fourneaux actuels on n'arrive guère à dépasser des temps de coulée de l'ordre de 2 heures.

Du fascicule de brevet japonais JP 62,192,510 on connaît une méthode et un dispositif pour stabiliser le débit de soutirage d'un haut fourneau, lorsque l'érosion du canal d'écoulement du trou de coulée augmente graduellement. A cette fin le trou de coulée est équipé d'une vanne à tiroir, dont le tiroir est muni de plusieurs orifices de passages alignés, ayant des sections différentes. La coulée est commencée avec un orifice de passage de grande section. Au fur et à mesure que le canal d'écoulement du trou de coulée est érodé par le produit en fusion, on choisit un orifice de passage plus petit, par déplacement du tiroir Cette façon de procéder permet d'augmenter la durée de coulée, mais n'évite pas de devoir renouveler après chaque coulée le canal d'écoulement fortement érodé du trou de coulée.

La présente invention a pour objectif de fournir un trou de coulée pour soutirer un produit en fusion d'un four à cuve, notamment d'un haut fourneau, comprenant un canal d'écoulement traversant la paroi du four à cuve, qui est soumis à une érosion beaucoup plus lente que les canaux d'écoulement des trous de coulée actuels.

Ce but est atteint par un trou de coulée: dans lequel ledit canal d'écoulement comprend un canal intérieur qui est prolongé en-dehors de la paroi du four à cuve par un conduit extérieur pour le produit en fusion; dans lequel ledit canal intérieur et ledit conduit extérieur sont conçus de façon que la perte de charge du produit en fusion dans ledit canal intérieur soit nettement plus faible que la perte de charge du produit en fusion dans ledit conduit extérieur; et dans lequel ledit conduit extérieur comprend au moins une section d'étranglement pour le flux de produit en fusion, qui est aménagée dans une pièce d'usure facilement échangeable.

Dans le trou de coulée proposé, la perte de charge, qui conditionne le débit de soutirage du produit de fusion, a quasi essentiellement lieu dans le conduit extérieur du trou de coulée. La perte de charge du produit en fusion dans le canal intérieur, qui traverse la paroi du four à cuve, est quasi négligeable par rapport à la perte de charge totale. Pour fixer les idées on peut admettre qu'elle est de l'ordre de quelques pour-cents de la perte de charge totale du trou de coulée. Il s'ensuit que ledit canal intérieur est exposé à un travail d'érosion sensiblement réduit par rapport à la situation des trous de coulée actuels. Dans ces derniers c'est en effet le canal d'écoulement formé dans la masse de bouchage qui doit causer la majeure partie de la perte de charge qui conditionne le débit de soutirage.

Pour avoir dans le conduit extérieur une perte de charge élevée, qui conditionne le débit de soutirage qu'on veut obtenir, celui-ci comprend au moins une pièce d'usure, qui est facilement échangeable et dans laquelle est aménagée au moins une section d'étranglement pour le flux de produit en fusion. Il sera noté que cette pièce d'usure, qui peut être préformée et traitée dans un atelier, a d'office une résistance à l'érosion de loin supérieure à la masse de bouchage, qui durcit de façon incontrôlée dans le trou de coulée. Après érosion de la section d'étranglement dans ladite pièce d'usure, cette dernière sera simplement échangée contre une nouvelle pièce d'usure, sans pour autant devoir refaire ledit canal intérieur gui traverse la paroi du four à cuve. Ce dernier sera par exemple refait lors d'un arrêt préprogrammé du four à cuve.

Une conséquence directe de la distribution des pertes de charge dans le trou de coulée proposé est que la section de passage dans ledit canal intérieur doit être sensiblement augmentée par rapport aux canaux d'écoulement de faible diamètre des trous de coulée actuels. Sur un haut fourneau on ne travaillera dès lors plus avec un canal d'écoulement ayant une section de passage de quelques dizaines de cm^, mais avec un canal intérieur ayant une section de passage de plusieurs centaines de cm .

Dans le trou de coulée proposé la perte de charge, et par conséquent le travail d'érosion du produit en fusion soutiré, est concentrée dans des pièces d'usure. Ces dernières sont situées à l'extérieur de la paroi du four à cuve de façon à être facilement échangeable. Toutes les sections du trou de coulée qui ne sont pas facilement échangeables, notamment ledit canal intérieur traversant la paroi du four à cuve, sont par contre dimensionnés de façon à présenter des pertes de charge très faibles. Pour refaire un trou de coulée usé, il suffit dès lors de remplacer des pièces d'usure facilement accessibles, donc rapidement échangeables. La réfection d'un trou de coulée n'entraîne par conséquent plus une interruption significative de la coulée. On peut ainsi obtenir des temps de coulée très longs, avec des interruptions de courtes durées pour l'échange desdites pièces d'usure, voire même une coulée quasi continue du four à cuve, c'est-à-dire une coulée dans laquelle le débit de soutirage correspond approximativement à la production du produit en fusion du four à cuve. Sur un haut fourneau une telle coulée continue élimine non seulement les inconvénients des ouvertures et fermetures périodiques du trou de coulée (actuellement une coulée à une durée maximale de 2 heures), mais a aussi des avantages appréciables du point de vue métallurgique. Une hauteur quasi constante du produit en fusion dans le creuset a par exemple une influence favorable sur la marche du haut fourneau. Un débit de soutirage quasi constant a par exemple une influence favorable sur la séparation fonte/laitier dans la rigole d'écoulement.

Une au moins desdites pièces d'usure dudit conduit extérieur est avantageusement constituée d'une plaquette munie d'un orifice d'étranglement pour le produit en fusion. Lorsque l'orifice d'étranglement pour le produit en fusion de cette plaquette est usé, on l'échange en ligne contre une nouvelle plaquette. Une telle plaquette peut cependant aussi être munie de plusieurs orifices d'étranglement alignés. Par simple translation de la plaquette le long d'une section dudit conduit extérieur, on peut alors échanger une section d'étranglement usée contre une nouvelle section d'étranglement, c'est-à-dire un nouvel orifice dans la même plaquette.

Dans une exécution préférentielle la plaquette est déplaçable entre deux surfaces parallèles dudit conduit extérieur, de façon qu'elle forme avec son orifice de passage, par coopération avec une section de passage amont et/ou une section de passage avale du conduit extérieur, une section d'étranglement de surface variable. Il est ainsi possible de varier de façon continue la surface libre de cette section d'étranglement, et de varier par conséquent le débit de soutirage de façon continue. Par exemple, lorsque le niveau du produit en fusion dans le four à cuve diminue, ladite surface libre peut être diminuée pour accumuler de nouveau du produit en fusion dans le creuset. Une diminution de ladite surface libre peut par contre aussi compenser une érosion éventuelle qui s'accompagne d'une augmentation du débit de soutirage. Il va de soi, qu'à l'aide de ladite plaquette on peut aussi interrompre totalement le débit de soutirage. Une augmentation de ladite section libre peut par contre provoquer une augmentation du débit de coulée, si tel est désiré.

Le conduit extérieur comprend de préférence un tube d'étranglement qui a une section de passage moyenne qui est au moins dix fois inférieure à la section de passage moyenne dudit canal intérieur. Ce tube présente une perte de charge linéaire non négligeable, qui s'additionne aux autres pertes de charge linéaires ou locales du débit de soutirage dans ledit conduit extérieur. Il est de préférence supporté en porte-à-faux sur une plaquette, qui est échangeable "on-line" par une translation le long d'une section du conduit extérieur. Cette plaquette supportant ledit tube d'étranglement et la plaquette munie de l'orifice d'étranglement sont de préférence superposées dans un support fixé sur la paroi du four à cuve. Dans ce support lesdites plaquettes sont coulissables dans un canal, qui est de préférence transversal à l'axe central dudit canal intérieur d'écoulement.

Ledit canal intérieur est de préférence constitué d'un tube intérieur en matériau réfractaire, traversant la paroi du four à cuve. Ce tube intérieur est muni d'une extrémité de sortie dans laquelle est agencé de préférence un insert échangeable. Cet insert échangeable définit une section de sortie pour le produit en fusion qui est sensiblement plus petite que la section moyenne de passage du canal d'écoulement intérieur. L'insert forme dès lors une pièce d'usure facilement échangeable à l'endroit le plus sollicité du tube intérieur, c'est-à-dire la section de passage entre ce tube intérieur et ledit conduit extérieur.

Il sera noté que les plaquettes susmentionnées prennent avantageusement appui sur une surface frontale de 1'insert. Le support est alors muni de griffes agencées de façon à pouvoir appliquer lesdites plaquettes et 1'insert fermement contre l'extrémité de sortie du tube intérieur formant ledit canal intérieur. Ces griffes sont par ailleurs avantageusement munies de ressorts, agencés de façon à produire l'effort pour appliquer lesdites plaquettes et 1'insert fermement contre l'extrémité de sortie du tube intérieur. Des vérins sont connectés aux griffes de façon à produire un effort sur les griffes dans le sens inverse desdits ressorts. Il s'agit d'un système de fixation à sécurité positive, car une perte de pression des vérins ne conduit pas à une percée du trou de coulée par le produit en fusion. En effet, la mise en pression des vérins a comme seule fonction de libérer légèrement les plaquettes susmentionnées, pour pouvoir les déplacer dans le canal de leur support.

Ledit canal intérieur est avantageusement entouré sur au moins une partie de sa longueur par un manchon de refroidissement raccordé à un circuit de refroidissement. Par ce refroidissement on améliore la résistance à l'érosion et la corrosion du tube intérieur. De plus, ce refroidissement du tube intérieur peut être dimensionné pour provoquer une augmentation de la viscosité du produit en fusion à proximité directe de la paroi du tube intérieur délimitant ledit canal d'écoulement. De cette façon le frottement entre le produit en fusion et la paroi du tube est sensiblement réduit. Par un refroidissement très intense du tube intérieur, on arrive même à provoquer un léger dépôt du produit en fusion sur la paroi du tube. Ce dépôt constitue alors une auto-protection du tube intérieur contre l'érosion et la corrosion.

Ledit conduit extérieur est avantageusement connecté à un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion. Ce dispositif débouche lui-même dans une rigole d'écoulement aménagée au niveau du plancher de coulée du four à cuve. On évite ainsi de créer un jet libre à la sortie dudit conduit extérieur, qui rencontre la rigole à une distance non-négligeable du trou de coulée. Le dispositif de déflexion et de décélération a notamment comme avantage de rendre l'opération de coulée moins dangereuse (pas d'éclaboussures), de mieux utiliser le tronçon de la rigole à proximité immédiate du four à cuve, et d'obtenir un écoulement plus calme dans la rigole.

Selon un premier mode d'exécution, ledit dispositif de déflexion et de décélération comprend un tube en col-de-cygne muni d'une extrémité de sortie qui débouche quasi tangentiellement dans une rigole d'écoulement.

Selon un deuxième mode de réalisation ledit dispositif de déflexion et de décélération comprend: un caisson muni à une extrémité d'une embouchure pour ledit conduit extérieur et à l'extrémité opposée d'une surface de déflexion du jet de produit en fusion et d'un orifice d'écoulement en-dessous de ladite surface de déflexion; et un conduit d'écoulement connecté avec une extrémité audit orifice d'écoulement et débouchant avec l'autre extrémité dans la rigole d'écoulement.

Dans les deux cas ledit dispositif de déflexion et de décélération est avantageusement supporté sur un chariot coulissable sur un plan incliné, qui est monté au-dessus de la rigole d'écoulement et qui a une pente parallèle à l'axe défini par ledit conduit extérieur. De cette façon on sait facilement dégager l'accès au trou de coulée, en retirant simplement ledit dispositif de déflexion et de décélération le long de la pente inclinée vers l'arrière.

Reste à noter que le dispositif de déflexion et de décélération peut être avantageusement utilisé pour réaliser un prétraitement du produit en fusion par un produit d'addition sous forme gazeuse, poudreuse, voire même liquide. A cette fin il est muni d'une tête d'injection, raccordée à un circuit d'injection de ce produit de traitement. Pour certaines applications il peut aussi être avantageux de créer dans le dispositif de déflexion et de décélération une atmosphère inerte afin d'éviter une oxydation du produit en fusion.

Des modes d'exécution du trou de coulée proposé, sont décrits en détail ci-après, à titre d'exemple uniquement, en se basant sur les Figures en annexe, dans lesquelles: - la Figure 1 montre une coupe à travers la paroi d'un four à cuve munie d'un trou de coulée selon l'invention; - la Figure 2 montre une coupe à travers le trou de coulée de la Figure 1, par un plan perpendiculaire au plan de la Figure 1 passant par l'axe du trou de coulée; la Figure 3 montre une première exécution d'un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion issu du trou de coulée; - la Figure 4 montre une deuxième exécution d'un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion issu du trou de coulée.

La Figure 1 montre une section longitudinale à travers un creuset 8 d'un four à cuve, par exemple un haut fourneau. La référence 10 indique la matière en fusion qui . s'est accumulée dans le creuset 8. Dans le cas d'un haut fourneau il s'agit bien entendu de la fonte en fusion. Le creuset est délimité par une paroi 12 comprenant de façon connue en soi: un garnissage réfractaire 14, des panneaux de refroidissement 16 munis d'un enrobage réfractaire 18, et une chemise de blindage extérieure 20.

La référence 22 indique de façon globale un trou de coulée par lequel se fait le soutirage de la matière en fusion 10. Au niveau du trou de coulée 22 le blindage extérieur 20 forme une sorte de lunette ou chapelle 24 qui met à nu le garnissage réfractaire 14. Il sera noté que dans un haut fourneau la paroi 12, qui ne comprend à cet endroit pas de panneaux de refroidissement, peut avoir une épaisseur de l'ordre de 3 mètres et plus.

Un tube 26 traverse, de préférence avec une pente de quelques degrés vers l'intérieur du creuset 8, le garnissage réfractaire 14 pour déboucher avec une extrémité dans la fonte 10 et avec l'autre extrémité au niveau de la chapelle 14. Ce tube 26 est constitué d'un matériau réfractaire (par exemple un matériau céramique fritté), ayant une bonne résistance à l'érosion par le fonte qui le traverse. Sa section de passage définit un canal intérieur 28 gui est dimensionné de façon que la perte de charge du produit en fusion à l'intérieur de ce canal 28 soit négligeable par rapport à la perte de charge totale dans le trou de coulée 22. Dans le cas d'un haut fourneau, dans lequel peut régner au niveau de l'embouchure du tube 26 dans le creuset 8 une pression statique de l'ordre de quelques bars (par exemple 5 à 10 bar), la section de passage du tube 26 sera de préférence dimensionnée de façon à avoir dans le canal intérieur 28 une vitesse moyenne maximale de la fonte inférieure à 0,5 m/s.

La section de passage du canal intérieur 28 peut avoir une forme géométrique quelconque. Le plus souvent elle sera cependant circulaire ou ovale. De plus, cette section de passage n'a pas besoin d'être constante sur toute la longueur du tube 26. L'embouchure dans le creuset 8 peut s'évaser afin de limiter l'érosion à cet endroit très sollicité. Des segments tronconiques (cf. réf. 30) sont avantageusement utilisés pour réaliser des diminutions de section dans la direction du flux de matière en évitant une érosion locale trop importante.

La partie avant du tube 26, c'est-à-dire celle qui est située du côté de la chapelle 24, est avantageusement entourée de pierres réfractaires 32, 34 ayant une très bonne conductibilité thermique. Il s'agit par exemple de pierres réfractaires en carbone ou SiC/graphite. La pierre 32 a une forme d'un tronc de cône ou de pyramide gui s'amincit en direction de l'intérieur du creuset 8. Elle est par exemple entourée par un manchon refroidi 36, qui est connecté à un circuit de refroidissement adéquat (non représenté), par exemple à un circuit de refroidissement alimentant les tuyères à vent chaud. Ce manchon refroidi 36 est par exemple réalisé en cuivre ou en un alliage de cuivre. Il est monté dans une gaine de montage 36 qui est, par exemple, vissée sur une bride périphérique 37 de la chapelle 24. Le circuit de refroidissement alimentant le manchon refroidi 36 est de préférence dimensionné pour obtenir au niveau du tube 26 un refroidissement suffisant pour rendre au niveau de la paroi interne du tube 26 l'écoulement du produit en fusion plus visqueux, voire même pour obtenir une légère solidification et un dépôt. De cette façon on sait fortement réduire le frottement entre le produit en fusion s'écoulant dans le tube 26 et la paroi interne de ce dernier.

Dans la gaine de montage 38, qui a la forme d'un tronc de cône ou de pyramide qui s'amincit en direction du creuset 8, est ajustée la pierre réfractaire terminale 34. Cette dernière est munie d'un bord annulaire périphérique 40 qui sert d'appui à une plaque terminale 42, qui est vissée sur la bride 37 ou sur la gaine de montage 38. De cette façon on exerce une pression sur le bord périphérique 40 de la pierre terminale 34 et on enfonce cette dernière, ainsi que la pierre 32, fermement dans son siège tronconique. Les vides qui subsistent peuvent être remplis par injection d'une matière réfractaire.

La plaque terminale 42 est munie d'un manchon 44 qui sert de guide au tube 26. La gaine de montage 36, la bride périphérique 37, la plaque terminale 42 et ce manchon 44 sont avantageusement réalisées en un métal réfractaire.

Le tube 26 comporte à son extrémité avant une colerette 46 qui prend axialement appui sur l'extrémité avant du manchon 44. Un insert 48 est ajusté dans la sortie du tube 26. Cet insert 48 est muni d'un canal ayant la forme d'un tronc de cône, définissant une section de sortie avec un diamètre de l'ordre de quelques dizaines de millimètres (par exemple 60 mm) et une embouchure à l'entrée, dont la section libre est sensiblement égale à la section libre du tube 26 à cet endroit (par exemple 400 mm). L'insert 48 prend appui avec un épaulement 49 sur la face extérieure de la collerette 46 du tube 26 et constitue une pièce d'usure qui peut être facilement remplacée. Il sera en effet noté que l'étranglement de la section de passage entraîne des phénomènes d'érosion plus importants à ce endroit que partout ailleurs dans le tube 26. L'échange de 1'insert 48 permet par conséquent d'augmenter sensiblement la durée de vie du tube 26.

La référence 50 repère de façon globale un bloc support monté sur la plaque terminale 42. Ce bloc, qui est réalisé de préférence en acier réfractaire, comprend un canal de guidage 52 à section sensiblement rectangulaire, qui le traverse de part et d'autre, perpendiculairement à l'axe du tube 26.

La Figure 2 représente une coupe par un plan perpendiculaire au plan de la Figure 1 passant par l'axe du tube 26. Sur cette Figure on voit que le canal de guidage 52, qui est ouvert vers l'avant, est fermé vers l'arrière par une surface 54. Cette surface 54 est munie d'une ouverture 56 dans laquelle pénètrent l'épaulement 50 de 1'insert 48 et la collerette 46 du tube 26, de façon que la surface frontale 58 de 1'insert 48 soit sensiblement coplanaire avec la surface 54 du canal 52. Dans le canal de guidage 52 sont guidées deux paires de plaquettes réfractaires (60, 62) et (60', 62') de façon à être coulissable dans la direction de la flèche 64, c'est-à-dire transversalement à l'axe du tube 26.

Les plaquettes 62, 62' sont, par exemple, des plaquettes rectangulaires qui sont percées d'un orifice 66. Ce dernier a une section de passage correspondant approximativement à la section de sortie du canal tronconique dans 1'insert 48. Ces plaquettes 62, 62' sont légèrement plus petites que l'ouverture 56 dans la surface 54, afin d'avoir dans le canal de guidage 52 une position dans laquelle elles prennent exclusivement appui sur la surface frontale 58 de 1'insert 48. Sur la Figure 2 la plaquette 62 est en appui sur 1'insert 48, tandis que la plaquette 62' est en appui sur la surface 54 du canal de guidage 52.

Les plaquettes 60, 60' ressemblent aux plaquettes rectangulaires 62, 62' sur lesquelles elles prennent appui. Un orifice dans ces plaquettes 60, 60' constitue un prolongement d'un canal 68, respectivement 68', de faible section de passage, à travers un tube 70, 70'. Ce tube 70, 70' est supporté en porte-à-faux sur la plaquette 60, 60' et prolonge le trou de coulée 22 à l'extérieur de la paroi 12. Il est constitué d'un matériau réfractaire particulièrement résistant à l'érosion, de même que les plaquettes 60 et 62, respectivement 60' et 62'. Ce matériau peut par exemple être un matériau céramique fritté.

Sur la Figure 2 on voit que le canal 68 du tube 70 est aligné axialement avec l'orifice 66 de la plaquette 62, qui est lui-même aligné axialement avec le canal tronconique dans 1'insert 48. Une paire de griffes supérieures 72 et une paire de griffes inférieures 74 (cf. Figure 1) exercent · une poussée axiale sur la plaquette 60 et maintiennent ainsi l'ensemble: plaquette 60, plaquette 62, insert 48 et tube 26 en appui sur le manchon 44 de la plaque terminale 42. Chacune de ces griffes 72, 74 est munie d'une articulation cylindrique 76 de façon à constituer un levier à deux bras. Un de ces bras est muni d'une tête 78 conçue pour exercer une pression axiale sur la plaquette 60. L'autre bras est soumis à l'action d'un ressort 80 de façon à maintenir la tête 78 en appui sur la plaquette 60. Sur ce bras agit aussi un vérin 82 qui permet, lorsqu'il est mis sous pression, de débloquer la griffe 74 contre l'action du ressort 80. Il sera noté que ce système est à sécurité positive, c'est-à-dire qu'une perte de pression provoque automatiquement un verrouillage de la plaquette 60 dans le canal 52. En cas d'absence de pression, la plaquette 60 peut être libérée en serrant un écrou 84 monté sur une extrémité filetée de la tige 86 du vérin. A côté des paires de griffes 72, 74, le bloc de support 50 est encore muni de deux paires de griffes supplémentaires 72' et 74', agencées de façon à maintenir la plaquette 60' et la plaquette 62' en appui contre la surface 54 du canal 52, en contact direct avec les plaquettes 60, 62. Reste à noter que les paires de griffes 72, 74 et/ou 72', 74' pourraient bien entendu aussi être remplacées par tout autre système de fixation équivalent.

Pour déplacer les plaquettes 60, 62, 60', 62' dans le canal 52, le bloc support 50 est de préférence muni de chaque côté du canal de guidage 52 d'au moins un vérin 88, 90 situé dans le prolongement de l'axe du canal de guidage 52 (cf. Figure 2). Chacun de ces vérins 88, 90 comporte une tige de vérin 92, 94. Sur la Figure 2 le vérin 88 est en appui, avec sa tige 92 en position retirée, sur la plaquette 62', tandis que le vérin 90 est en appui, avec sa tige 94 en position sortie, sur la plaquette 60.

Si on veut maintenant échanger la plaquette 62, parce qu'elle est par exemple usée, on bloque le vérin 90, on libère légèrement les paires de griffes 72, 74, en mettant par exemple les vérins 82 sous pression, et on fait avancer la tige de vérin 92 dans le sens de la flèche 64, jusqu'à ce que la plaquette 62' ait chassé la plaquette 62 dans la partie du canal 52 qui n'est pas munie de griffes de fixation. Après cette opération la plaquette 62' occupe sensiblement la position de la plaquette 62, tandis que cette dernière peut être facilement retirée du canal 52. Lors du déplacement des plaquettes 62 et 62' par le vérin 88, les plaquettes 60 et 60' sont maintenues en place par le vérin 90.

Si on veut obturer le trou de coulée, on déplace la plaquette 62, par exemple à l'aide du vérin 88 au-delà de la position dans laquelle l'orifice 66 recoupe l'ouverture de sortie de 1'insert 48. La variation du recoupement entre l'orifice 66 et l'ouverture de sortie de 1'insert 48 permet naturellement de varier de façon continue le débit de soutirage.

Pour pouvoir déplacer la plaquette 62 dans le sens opposé de la flèche 64, les vérins 88 et 90 sont déplaçables tous les deux. Ils sont à cet effet montés sur un support 96, respectivement 98, sur lesquels ils sont translatables dans le sens des flèches 89 et 91, dans une position dans laquelle la tige 94, (dessinée en pointillé) prend appui sur la plaquette 62, et la tige 92 (dessinée en pointillé) prend appui sur la plaquette 60' . Dans cette position des vérins 88 et 90, il est possible d'échanger la plaquette 60 contre la plaquette 60', par exemple lorsque le tube 70 est trop usé. A cette fin les plaquettes 62 et 62' sont bloquées en translation par le vérin 90, de préférence dans une position dans laquelle la plaquette 60 obture l'orifice de sortie de 1'insert 48. Après avoir préalablement libéré les paires de griffes 72, 74 et 72', 74' le vérin 88 pousse alors les plaquettes 60' et 60 dans la direction de la flèche 64, jusqu'à ce que le canal du tube 70' soit aligné avec l'orifice de sortie de 1'insert 48. Dans cette position la plaquette 60 avec le tube usé 70 peut être retiré librement du canal 52. Si la plaquette 62 doit par contre être poussée dans le sens inverse de la flèche 64, par exemple pour aligner son orifice 66 avec l'orifice de sortie de 1'insert 48, c'est le vérin 90 qui pousse sur la plaquette 62, alors que le vérin 88 prend appui sur la plaquette 60' .

La durée de vie du support 50, du tube 70 et des plaquettes réfractaires, 62, 62' peut être augmentée en les refroidissant avec un gaz inerte. Ce dernier ne refroidit pas seulement, mais a aussi une influence favorable sur la prévention d'une oxydation à haute température de ces pièces. Avant le démarrage de la coulée il est recommandé de préchauffer le tube 70, afin d'éviter un choc thermique qui pourrait provoquer son éclatement.

Pour éviter un grippage des plaquettes 60, 62 et 60', 62' entre elles ou dans le canal de guidage 52, elles sont avantageusement induites d'un produit ayant une fonction lubrifiante à haute température (par exemple des composés sur base de graphite ou de goudron). Dans la poursuite du même but, il est aussi possible de soumettre les plaquettes* 60, 60' et/ou 62, 62' à un mouvement vibratoire de faible amplitude.

Il sera noté qu'au lieu de travailler avec des plaquettes isolées 62 et 62', on pourrait aussi travailler avec une plaquette en forme de bande, munie de plusieurs orifices 66 alignés. Ces derniers sont alors de préférence équidistants l'un de l'autre, de façon à pouvoir travailler avec des pas d'avancement constants, c'est-à-dire répétitifs, de la plaquette.

Les deux vérins 88 et 90 pourraient bien entendu être remplacés par quatre vérins, c'est-à-dire deux vérins de chaque côté du canal de guidage 52. Cette disposition permettra de supprimer le coulissement des vérins sur les supports 96 et 98, mais constituera naturellement une solution à encombrement plus important autour de la chapelle 24. Tout autre mécanisme permettant de déplacer les plaques dans le canal de guidage 52, pourra bien entendu être utilisé en remplacement des vérins 88 et 90. Dans l'esprit de la présente invention il n'est pas non plus exclu d'utiliser des mécanismes séparés pour réaliser, d'un côté, l'échange des plaquettes usées et pour régler, de l'autre côté, le débit du produit en fusion par déplacement de la plaquette 60 par rapport à l'orifice de sortie de 1'insert 48.

Le tube 70 est de préférence connecté à travers un dispositif de décélération du jet de produit en fusion à une rigole d'écoulement 104. Un premier mode de réalisation d'un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion est montré sur la Figure 3. Ce dispositif comporte un chariot de support 100 installé, dans le prolongement de l'axe du trou de coulée 22, sur un plan incliné 102 au-dessus de la rigole 104, et un conduit de déflexion 106 fixé sur ce chariot support 100. Le conduit de déflexion 106 est un conduit en col-de-cygne définissant un canal d'écoulement 108 gui a une section de passage de loin supérieure à la section de passage du canal 68. Le tube 70 débouche avec son extrémité libre dans une extrémité du conduit de déflexion 106. L'autre extrémité du conduit de déflexion 106 débouche quasi tangentiellement dans la rigole 104. De cette façon on évite des remous dans la rigole principale et on augmente la durée de vie de celle-ci. Dans le cas du haut fourneau, la longueur de la rigole principale dans laquelle peut avoir lieu séparation de la fonte et du laitier est de cette façon sensiblement augmentée.

Un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion est montré sur la Figure 4. Ce dispositif comporte un chariot support 120, qui est installé, dans le prolongement de l'axe du trou de coulée, sur un plan incliné 122 au-dessus de la rigole 104, et un caisson de déflexion et de décélération 124 fixé sur ce chariot support 122. Ce caisson 124 est de préférence constitué de plusieurs pièces réfractaires, par exemple deux bases 126 et 128 reliées par des parois latérales pour former un caisson à section rectangulaire. Il pourrait cependant aussi avoir une autre section transversale, par exemple constituer un cylindre creux. Il sera noté que sur la Figure 4 seules les parois inférieures et supérieures 132 et 130 sont montrées. Ces pièces sont par exemple assemblées par emboîtement et fixées par des tirants 134, 136. La base 126, qui fait face au trou de coulée 22, est munie d'un orifice de passage 138 pour l'extrémité libre du tube 70. Cet orifice 138 est de préférence muni d'un labyrinthe pour réduire le risque d'une fuite du produit en fusion en entre le tube 70 et l'orifice de passage 138. L'extrémité libre du tube 70 pourra être munie d'un diffuseur, qui provoque un éclatement du jet de produit en fusion déjà à la sortie du canal 68. La base opposée 128 sert de surface de déflexion 139 au jet sortant du canal 68 du tube 70. Du côté de cette base 128/ la paroi réfractaire 132 est munie d'un orifice de sortie 140 pour le produit en fusion, qui est dévié par la surface de déflexion 139 surplombant l'orifice 140. Il sera noté que la paroi réfractaire 132, qui sert de fond au caisson 124, a une légère pente descendante en direction de l'orifice 140. Dans l'orifice 140 est agencé une sorte d'entonnoir qui est prolongé' par un conduit 144 jusqu'au niveau de la rigole 104, dans laquelle il débouche quasi tangentiellement.

Dans les deux cas le plan incliné, dont la pente correspond approximativement à la pente du tube 70, permet d'extraire sans problème le dispositif de déflexion et décélération en-dehors du tube 70, afin de pouvoir échanger ce dernier. Il va de soi que les chariots 102 et 120 pourraient bien entendu être munis de moyens d'entraînement permettant de commander leur déplacement à distance.

Reste à noter que le caisson 124 est avantageusement . muni d'au moins d'une tête d'injection pour un produit de traitement du produit en fusion. Sur la Figure 4 une telle tête d'injection est représentée schématiquement par la référence 150, tandis que la référence 152 représente schématiquement un réseau de distribution d'un produit de traitement gazeux ou poudreux. A proximité de la surface de déflexion 139 la turbulence du produit en fusion est particulièrement élevée, ce gui garantit un mélange très homogène du produit de .traitement et du produit en fusion. Un raccordement analogue pourra être prévu pour un gaz inerte, ce qui permet de créer dans le caisson 124 une atmosphère inerte en cas de besoin. La durée de vie du dispositif de déflexion et de décélération des Figures 3 et 4 pourra être augmentée par un système de refroidissement adéquat.

Claims (18)

1. Trou de coulée pour soutirer un produit en fusion d'un four à cuve, notamment d'un haut fourneau, comprenant un canal intérieur (28) pour l'écoulement du produit en fusion qui traverse la paroi (12) du four à cuve, caractérisé en ce que ledit canal intérieur (28) est prolongé en-dehors de la paroi du four à cuve par un conduit extérieur (48, 62, 60, 70) pour le produit en fusion, en ce que ledit canal intérieur (28) et le conduit extérieur (48, 62, 60, 70) sont conçus de façon que la perte de charge du produit en fusion dans ledit canal intérieur (28) soit nettement plus faible que la perte de charge du produit en fusion dans le conduit extérieur (48, 62, 60, 70), et en ce que le conduit extérieur (48, 62, 60, 70) comprend au moins une section d'étranglement pour le flux de produit en fusion, qui est aménagée dans une pièce d'usure facilement échangeable.

2. Trou de coulée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une desdites pièces d'usure facilement échangeables est une plaquette (62) munie d'au moins un orifice d'étranglement (66) pour le produit en fusion.

3. Trou de coulée selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaquette (62) est déplaçable en translation le long d'une section dudit conduit extérieur.

4. Trou de coulée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaquette (62) est déplaçable entre deux surfaces parallèles dudit conduit extérieur, de façon qu'elle forme, par coopération de son orifice d'étranglement (66) avec une section de passage amont et/ou une section de passage aval du conduit extérieur, une section d'étranglement de surface variable.

5. Trou de coulée selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit extérieur est obturable par déplacement de la plaquette (62).

6. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit extérieur comprend un tube d'étranglement (70) qui a une section de passage moyenne qui est au moins dix fois inférieur à la section de passage moyenne dudit canal intérieur (28).

7. Trou de coulée selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube d'étranglement (70) est supporté en porte-à-faux sur une plaquette (60), qui est échangeable on-line par une translation le long d'une section du conduit extérieur.

8. Trou de coulée selon la revendication 7 et l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la plaquette (62) munie de l'orifice d'étranglement (66) et la plaquette (60) munie du tube d'étranglement (70), sont superposées dans un support (50) fixé sur la paroi (12) du four à cuve.

9. Trou de coulée selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites plaquettes (60 et 62) sont coulissables dans un canal de guidage (52) du support (50), ledit canal de guidage (52) étant transversal à l'axe central dudit canal intérieur (28).

10. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit canal intérieur (28) est formé par un tube intérieur (26) en matériau réfractaire traversant la paroi (12) du four à cuve, et en ce que ce tube (26) est muni d'une extrémité de sortie dans laquelle est agencé un insert (48) échangeable, ledit insert (48) définissant une section de sortie pour le produit en fusion sensiblement plus petite que la section moyenne de passage dudit canal intérieur (28).

11. Trou de coulée selon la revendication 10 et l'une quelconque des revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdites plaquettes (60 et 62) prennent appui sur une surface frontale de 1'insert (48), et en ce que le support (50) est muni de griffes (72, 74) agencées de façon à pouvoir appliquer lesdites plaquettes (60 et 62) et 1'insert (48) fermement contre 1#extrémité de sortie du tube intérieur (26).

12. Trou de coulée selon la revendication 11, caractérisé en ce que les griffes (72, 74) sont munies de ressorts (80) agencées de façon à produire l'effort pour appliquer lesdites plaquettes (60 et 62) et 1'insert (48) fermement contre l'extrémité de sortie du tube intérieur (26) et de vérins (82) agencés de façon à produire un effort dans le sens inverse desdits ressorts (80).

13. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le canal intérieur (28) est entouré sur au moins une partie de sa longueur par un manchon de refroidissement (36) raccordé à un circuit de refroidissement.

14. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit conduit extérieur est connecté à un dispositif de déflexion et de décélération du jet de produit en fusion, et en ce que ce dispositif de déflexion et de décélération débouche dans une rigole d'écoulement aménagée au niveau du plancher de coulée du four à cuve.

15. Trou de coulée selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit dispositif de déflexion et de décélération comprend un tube en col-de-cygne (106) muni d'une extrémité de sortie qui débouche quasi tangentiellement dans la rigole d'écoulement (104).

16. Trou de coulée selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit dispositif de déflexion et de décélération comprend un caisson (124), muni à une extrémité d'une embouchure (138) pour ledit conduit extérieur (70), à l'extrémité opposée d'une surface de déflexion (139) du jet de produit en fusion surplombant un orifice d'écoulement (140) pour le jet déflecté, et un conduit d'écoulement (142, 144) connecté avec une extrémité audit orifice d'écoulement (140) et débouchant avec l'autre extrémité dans la rigole d'écoulement (104).

17. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que ledit dispositif de déflexion et de décélération est supporté sur un chariot (100, 120) coulissable sur un plan incliné (102, 122) gui est monté au-dessus de la rigole d'écoulement (104) et qui a une pente sensiblement parallèle à l'axe défini par ledit conduit extérieur.

18. Trou de coulée selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que ledit dispositif de déflexion et de décélération est muni d'une tête d'injection (150) connectée à un circuit de distribution (152). t