WO1994025631A1 - Trou de coulee pour un four a cuve, notamment un haut-fourneau - Google Patents

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WO1994025631A1
WO1994025631A1 PCT/EP1994/001172 EP9401172W WO9425631A1 WO 1994025631 A1 WO1994025631 A1 WO 1994025631A1 EP 9401172 W EP9401172 W EP 9401172W WO 9425631 A1 WO9425631 A1 WO 9425631A1
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WO
WIPO (PCT)
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tap hole
channel
hole according
molten product
section
Prior art date
Application number
PCT/EP1994/001172
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English (en)
Inventor
Guy Thillen
Marc Solvi
Roger Thill
Original Assignee
Paul Wurth S.A.
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Publication date
Application filed by Paul Wurth S.A. filed Critical Paul Wurth S.A.
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Priority to DE4492637T priority patent/DE4492637T1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/14—Discharging devices, e.g. for slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/12—Opening or sealing the tap holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment
    • F27D3/1527—Taphole forming equipment, e.g. boring machines, piercing tools

Definitions

  • the present invention relates to a tap hole for a shaft furnace, in particular a blast furnace.
  • the bottom furnace is provided with a tap hole.
  • the latter essentially constitutes a flow channel for the molten product, which passes through the wall of the shaft furnace and which can be opened and closed to intermittently withdraw the molten product which has accumulated at the bottom of the crucible. It is recalled that it is known today to open, respectively to form the flow channel of a tap hole according to two methods. According to the first method, the flow channel is drilled through a hardened plugging mass with a drill, with which the tap hole has been closed.
  • a piercing rod is introduced into the plugging mass, before it has completely hardened, which is removed after hardening of the plugging mass to form the flow channel.
  • the molten product flows through the latter and spurts at its outlet, in the form of a free jet, in a flow channel arranged in the pouring floor of the cell oven.
  • a problem with current tap holes is that the flow channel, formed in the plugging mass, exhibits poor resistance to erosion by the molten product which flows at high speed through it. It follows that the flow section of the flow channel increases rapidly, and that the pressure drop in the taphole decreases, causing, during casting, a significant increase in the flow rate of the drawn iron. This continuous increase in flow naturally causes a rapid decrease in the volume of the pig iron which has accumulated in the crucible, and the casting must be stopped. On current blast furnaces, it hardly succeeds in exceeding casting times of around 2 hours.
  • Japanese patent specification JP-A-62192510 discloses a method and a device for stabilizing the flow rate of a blast furnace.
  • the tap hole is equipped with a slide valve, the slide of which is provided with several aligned passage openings, having different sections.
  • the casting is started with a large section passage orifice.
  • a smaller orifice is chosen by moving the drawer. This procedure makes it possible to increase the casting time, but does not avoid having to renew after each casting the greatly eroded flow channel of the tap hole.
  • the object of the present invention is to provide a taphole for withdrawing a molten product from a shaft furnace, in particular from a blast furnace, comprising a flow channel passing through the wall of the shaft furnace, which is subjected to much slower erosion than the flow channels of current tap holes.
  • a tap hole wherein said flow channel comprises an internal channel which is extended outside the wall of the shaft furnace by an external duct for the molten product; wherein said inner channel and said outer duct are designed so that the pressure drop of the molten product in said inner channel is significantly lower than the pressure drop of the molten product in said outer duct; and wherein said outer duct comprises at least one throttling section for the flow of molten product, which is arranged in an easily exchangeable wear part.
  • the pressure drop which conditions the draw-off rate of the melt, takes place almost essentially in the external duct of the taphole.
  • the pressure drop in the inner channel is of the order of a few percent of the total pressure drop of the tap hole. It follows that said inner channel is exposed to a work of erosion significantly reduced compared to the situation of current tap holes. In these latter it is indeed the flow channel formed in the blocking mass which must cause the major part of the pressure drop which conditions the withdrawal rate.
  • this comprises at least one wearing part, which is easily exchangeable and in which at least one section d throttle for the flow of molten product.
  • this wearing part which can be preformed and processed in a workshop, automatically has an erosion resistance far greater than the plugging mass, which hardens uncontrollably in the tap hole. After erosion of the throttle section in said wear part, the latter will simply be exchanged for a new wear part, without having to redo said inner channel which passes through the wall of the shaft furnace. The latter will for example be redone during a preprogrammed shutdown of the shaft furnace.
  • a direct consequence of the distribution of the pressure drops in the proposed taphole is that the passage section in said internal channel must be significantly increased compared to the small diameter flow channels of the current tapholes. On a blast furnace we will therefore no longer work with a flow channel having a passage section of a few tens of cm 2 , but with an internal channel having a passage section of several hundred c ⁇ .
  • the pressure drop, and consequently the erosion work of the withdrawn molten product is concentrated in wearing parts.
  • the latter are located outside the wall of the shaft furnace so as to be easily exchangeable. All the sections of the taphole which are not easily exchangeable, in particular said inner channel passing through the wall of the shaft furnace, are on the other hand dimensioned so as to present very low pressure drops.
  • To redo a used tap hole it suffices to replace easily accessible wear parts, therefore quickly exchangeable. The repair of a tap hole therefore no longer results in a significant interruption of the pouring.
  • At least one of said wearing parts of said outer duct advantageously consists of a plate provided with a throttling orifice for the molten product.
  • a plate provided with a throttling orifice for the molten product.
  • the plate can be moved between two parallel surfaces of said external conduit, so that it forms with its passage orifice, by cooperation with an upstream passage section and / or a downstream passage section of the external conduit, a section variable surface throttle. It is thus possible to continuously vary the free surface of this throttling section, and consequently to vary the withdrawal rate continuously. For example, when the level of the molten product in the shaft furnace decreases, said free surface can be reduced to again accumulate molten product in the crucible. A decrease in said free surface can on the other hand also compensate for any erosion which is accompanied by an increase in the withdrawal rate. It goes without saying that with the aid of said plate it is also possible completely interrupt the withdrawal rate.
  • the outer conduit preferably comprises a throttle tube which has an average passage section which is at least ten times less than the average passage section of said internal channel.
  • This tube has a non-negligible linear pressure drop, which is added to the other linear or local pressure drops of the withdrawal flow rate in said external duct. It is preferably supported in overhang on a plate, which is exchangeable "on-line" by a translation along a section of the external conduit.
  • This plate supporting said throttle tube and the plate provided with the throttle orifice are preferably superimposed in a support fixed to the wall of the shaft furnace. In this support, said plates can be slidable in a channel, which is preferably transverse to the central axis of said internal flow channel.
  • Said inner channel preferably consists of an inner tube of refractory material, passing through the wall of the shaft furnace.
  • This inner tube is provided with an outlet end in which is preferably arranged an exchangeable insert.
  • This exchangeable insert defines an outlet section for the molten product which is substantially smaller than the average passage section of the interior flow channel. The insert therefore forms an easily exchangeable wear part at the most stressed point of the inner tube, that is to say the passage section between this inner tube and said outer conduit.
  • the support is then provided with claws arranged so as to be able to apply said plates and insert it firmly against the outlet end of the inner tube forming said inner channel.
  • These claws are moreover advantageously provided with springs, arranged so as to produce the force for applying said plates and inserting it firmly against the outlet end of the inner tube. Cylinders are connected to the claws so as to produce a force on the claws in the opposite direction of said springs.
  • Said inner channel is advantageously surrounded over at least part of its length by a cooling sleeve connected to a cooling circuit.
  • this cooling By this cooling, the resistance to erosion and corrosion of the inner tube is improved.
  • this cooling of the inner tube can be dimensioned to cause an increase in the viscosity of the molten product in the immediate vicinity of the wall of the inner tube delimiting said flow channel. In this way the friction between the molten product and the wall of the tube is significantly reduced.
  • Said external duct is advantageously connected to a device for deflecting and decelerating the jet of molten product.
  • This device itself opens into a flow channel arranged at the level of the pouring floor of the shaft furnace. This avoids creating a free jet at the outlet of said outer conduit, which meets the channel at a significant distance from the tap hole.
  • the deflection and deceleration device has in particular as an advantage to make the casting operation less dangerous (no splashing), to better use the section of the channel in the immediate vicinity of the shaft furnace, and to obtain a quieter flow in the channel.
  • said deflection and deceleration device comprises a gooseneck tube provided with an outlet end which opens almost tangentially into a flow channel.
  • said deflection and deceleration device comprises: a box provided at one end with a mouth for said external duct and at the opposite end with a deflection surface for the jet of molten product and a flow port below said deflection surface; and a flow conduit connected with one end to said flow port and opening with the other end into the flow channel.
  • said deflection and deceleration device is advantageously supported on a slide carriage on an inclined plane, which is mounted above the flow channel and which has a slope parallel to the axis defined by said external conduit. . In this way it is easily known how to clear the access to the tap hole, by simply removing said deflection and deceleration device along the slope inclined towards the rear.
  • the deflection and deceleration device can be advantageously used to carry out a pretreatment of the molten product with an addition product in gaseous, powdery, or even liquid form.
  • it is provided with an injection head, connected to an injection circuit for this treatment product.
  • it may also be advantageous to create an inert atmosphere in the deflection and deceleration device in order to avoid oxidation of the molten product.
  • FIG. 1 shows a section through the wall of a shaft furnace provided with a tap hole according to the invention
  • FIG. 2 shows a section through the tap hole of Figure 1, by a plane perpendicular to the plane of Figure 1 passing through the axis of the tap hole;
  • FIG. 3 shows a first execution of a deflection and deceleration device of the jet of molten product from the tap hole
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a deflection and deceleration device of the jet of molten product from the tap hole.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a crucible 8 of a tank furnace, for example a blast furnace.
  • the reference 10 indicates the molten material which has accumulated in the crucible 8. In the case of a blast furnace it is of course molten iron.
  • the crucible is delimited by a wall 12 comprising, in a manner known per se: a refractory lining 14, cooling panels 16 provided with a refractory coating 18, and an outer armor jacket 20.
  • the reference 22 generally indicates a taphole through which the withdrawal of the molten material takes place 10.
  • the external shielding 20 forms a sort of telescope or chapel 24 which exposes the refractory lining 14. It will be noted that in a blast furnace the wall 12 can have a thickness at this point of the order of 3 meters and more.
  • a tube 26 passes, preferably with a slope of a few degrees towards the interior of the crucible 8, the refractory lining 14 to open with one end in the cast iron 10 and with the other end at the level of the chapel 14.
  • This tube 26 consists of a refractory material (for example a sintered ceramic material), having good resistance to erosion by the cast iron which passes through it.
  • Its passage section defines an internal channel 28 which is dimensioned so that the pressure drop of the molten product inside this channel 28 is negligible compared to the total pressure drop in the tap hole 22.
  • the passage section of the tube 26 will preferably be dimensioned so as to have in the inner channel 28 a maximum average speed of the cast iron of less than 0.5 m / s.
  • the passage section of the inner channel 28 can have any geometric shape. Most often, however, it will be circular or oval. In addition, this passage section does not need to be constant over the entire length of the tube 26.
  • the mouth in the crucible 8 can flare in order to limit erosion at this very stressed place. Tapered segments (see ref. 30) are advantageously used to reduce the cross-section in the direction of the material flow in order to avoid excessive local erosion.
  • the front part of the tube 26, that is to say that which is situated on the side of the chapel 24, is advantageously surrounded by refractory stones 32, 34 having very good thermal conductivity.
  • refractory stones 32, 34 having very good thermal conductivity.
  • These are, for example, refractory stones made of carbon or SiC / graphite.
  • the stone 32 has the shape of a truncated cone or pyramid which thins towards the interior of the crucible 8. It is for example surrounded by a cooled sleeve 36, which is connected to an adequate cooling circuit (not shown), for example to a cooling circuit supplying the hot-air nozzles.
  • This cooled sleeve 36 is for example made of copper or a copper alloy.
  • the cooling circuit supplying the cooled sleeve 36 is preferably designed to obtain sufficient cooling at the level of the tube 26 to make the flow of the molten product more viscous at the level of the internal wall of the tube 26, or even for obtain a slight solidification and a deposit. In this way, it is known to greatly reduce the friction between the molten product flowing in the tube 26 and the internal wall of the latter.
  • the mounting sheath 38 which has the shape of a truncated cone or pyramid which tapers towards the crucible 8, the end refractory stone 34 is adjusted.
  • the latter has a peripheral annular edge 40 which serves as a support for an end plate 42, which is screwed onto the flange 37 or onto the mounting sheath 38. In this way, pressure is exerted on the peripheral edge 40 of the end stone 34 and the latter is pressed in, as well as stone 32, firmly in its frustoconical seat.
  • the remaining voids can be filled by injecting refractory material.
  • the end plate 42 is provided with a sleeve 44 which serves as a guide for the tube 26.
  • the mounting sheath 36, the peripheral flange 37, the end plate 42 and this sleeve 44 are advantageously made of a refractory metal.
  • the tube 26 has at its front end a flange 46 which bears axially on the front end of the sleeve 44.
  • An insert 48 is adjusted in the outlet of the tube 26.
  • This insert 48 is provided with a channel having the form of a truncated cone, defining an outlet section with a diameter of the order of a few tens of millimeters (for example 60 mm) and a mouth at the inlet, the free section of which is substantially equal to the free section of the tube 26 there (e.g. 400 mm).
  • the insert 48 bears with a shoulder 49 on the outer face of the flange 46 of the tube 26 and constitutes a wearing part which can be easily replaced. he It will in fact be noted that the throttling of the passage section causes more significant erosion phenomena at this location than anywhere else in the tube 26. The exchange of the insert 48 consequently makes it possible to significantly increase the duration of life of the tube 26.
  • Reference 50 generally identifies a support block mounted on the end plate 42.
  • This block which is preferably made of refractory steel, comprises a guide channel 52 of substantially rectangular section, which passes through it on either side, perpendicular to the axis of the tube 26.
  • Figure 2 shows a section through a plane perpendicular to the plane of Figure 1 passing through the axis of the tube 26.
  • the guide channel 52 which is open towards the front, is closed towards the rear by a surface 54.
  • This surface 54 is provided with an opening 56 into which the shoulder 50 of the insert 48 and the flange 46 of the tube 26 penetrate, so that the front surface 58 of the insert 48 is substantially coplanar with the surface 54 of the channel 52.
  • In the guide channel 52 are guided two pairs of refractory plates (60, 62) and (60 ', 62') so as to be slidable in the direction of the arrow 64, c ' that is to say transversely to the axis of the tube 26.
  • the plates 62, 62 ' are, for example, rectangular plates which are pierced with an orifice 66.
  • the latter has a passage section corresponding approximately to the section of outlet of the frustoconical channel in the insert 48.
  • the plate 62 is in support on the insert 48, while the plate 62 'is in abutment on the surface 54 of the guide channel 52.
  • the plates 60, 60 ' resemble the rectangular plates 62, 62' on which they bear.
  • An orifice 66 in the plates 60, 60 ′ constitutes an extension of a channel 68, respectively 68 ′, of small passage cross section, through a tube 70, 70 ′.
  • This tube 70, 70 ' is supported in overhang on the plate 60, 60' and extends the taphole 22 outside the wall 12. It is made of a refractory material particularly resistant to erosion, as well as plates 60 and 62, respectively 60 'and 62'. This material can for example be a sintered ceramic material.
  • FIG. 2 it can be seen that the channel 68 of the tube 70 is aligned axially with the orifice 66 of the plate 62, which is itself axially aligned with the frustoconical channel in the insert 48.
  • a pair of upper claws 72 and a pair of lower claws 74 exert an axial thrust on the plate 60 and thus maintain the assembly: plate 60, plate 62, insert 48 and tube 26 in abutment on the sleeve 44 of the end plate 42.
  • Each of these claws 72, 74 is provided with a cylindrical articulation 76 so as to constitute a lever with two arms.
  • One of these arms is provided with a head 78 designed to exert an axial pressure on the wafer 60.
  • the other arm is subjected to the action of a spring 80 so as to keep the head 78 in abutment on the wafer 60
  • a jack 82 which allows, when it is pressurized, to unlock the claw 74 against the action of the spring 80.
  • this system is positive safety, that is to say say that a loss of pressure automatically causes locking of the plate 60 in the channel 52. In the absence of pressure, the plate 60 can be released by tightening a nut 84 mounted on a threaded end of the rod 86 of the jack .
  • the support block 50 is also provided with two pairs of additional claws 72 'and 74', arranged so as to maintain the plate 60 'and the plate 62' resting against the surface 54 of the channel 52, in direct contact with the plates 60, 62.
  • the pairs of claws 72, 74 and / or 72 ", 74 'could well also understood to be replaced by any other equivalent fixing system.
  • the support block 50 is preferably provided on each side of the guide channel 52 with at least one jack 88, 90 located in the extension of the axis of guide channel 52 (see Figure 2).
  • Each of these jacks 88, 90 comprises a jack rod 92, 94.
  • the jack 88 is in abutment, with its rod 92 in the withdrawn position, on the plate 62 ', while the jack 90 is in abutment, with its rod 94 in the extended position, on the plate 60.
  • the cylinder 90 is blocked, the pairs of claws 72, 74 are slightly released, by putting for example the cylinders 82 under pressure, and the cylinder rod 92 is advanced in the direction of the arrow 64, until the plate 62 ′ has driven the plate 62 into the part of the channel 52 which is not fitted with fixing claws. After this operation, the plate 62 'occupies substantially the position of the plate 62, while the latter can be easily removed from the channel 52.
  • the plates 62 and 62' are moved by the jack 88, the plates 60 and 60 'are maintained in place by cylinder 90.
  • the plate 62 If we want to close the tap hole, we move the plate 62, for example using the jack 88 beyond the position in which the orifice 66 intersects the outlet opening of the insert 48.
  • the variation the overlap between the orifice 66 and the outlet opening of the insert 48 naturally makes it possible to continuously vary the withdrawal rate.
  • the jacks 88 and 90 are both movable.
  • the jack 88 then pushes the plates 60 'and 60 in the direction of arrow 64, until the channel of the tube 70' is aligned with the outlet orifice of the insert 48 In this position the plate 60 with the worn tube 70 can be removed freely from the channel 52. If the plate 62 must on the other hand be pushed in the opposite direction to the arrow 64, for example to align its orifice 66 with the orifice of output of the insert 48, it is the jack 90 which pushes on the wafer 62, while the jack 88 is supported on the wafer 60 ".
  • the service life of the support 50, the tube 70 and the refractory plates 62, 62 ′ can be increased by cooling them with an inert gas.
  • the latter not only cools, but also has a favorable influence on the prevention of high temperature oxidation of these parts.
  • the plates 60, 62 and 60 ', 62' between them or in the guide channel 52 are advantageously induced by a product having a lubricating function at high temperature (for example compounds based on graphite or tar).
  • a product having a lubricating function at high temperature for example compounds based on graphite or tar.
  • insulated plates 62 and 62 ′ instead of working with insulated plates 62 and 62 ′, one could also work with a strip-shaped plate, provided with several aligned holes 66. The latter are then preferably equidistant from each other, so as to be able to work with constant, ie repetitive, steps of advancement of the wafer.
  • the two jacks 88 and 90 could of course be replaced by four jacks, that is to say two jacks on each side of the guide channel 52.
  • This arrangement will make it possible to suppress the sliding of the jacks on the supports 96 and 98, but will naturally constitute a solution with greater bulk around the chapel 24.
  • Any other mechanism making it possible to move the plates in the guide channel 52 may of course be used to replace the jacks 88 and 90.
  • the tube 70 is preferably connected through a device for decelerating the jet of molten product to a flow channel 104.
  • a first embodiment of a device for deflecting and decelerating the jet of molten product is shown on Figure 3.
  • This device comprises a support carriage 100 installed, in the extension of the axis of the tap hole 22, on an inclined plane 102 above the channel 104, and a deflection conduit 106 fixed on this carriage support 100.
  • the deflection conduit 106 is a gooseneck conduit defining a flow channel 108 which has a passage section of far greater than the passage section of the channel 68.
  • the tube 70 opens with its free end into one end of the deflection conduit 106.
  • the other end of the deflection conduit 106 opens almost tangentially into the channel 104. In this way it avoids eddies in the main channel and the life of the latter is increased. In the case of the blast furnace, the useful length of the main channel, that is to say the length where separation of the pig iron and the slag can take place, is in this way substantially increased.
  • FIG. 4 A second embodiment of a device for deflecting and decelerating the jet of molten product is shown in FIG. 4.
  • This device comprises a support carriage 120, which is installed, in the extension of the axis of the tap hole , on an inclined plane 122 above the channel 104, and a deflection and deceleration box 124 fixed on this support carriage 122.
  • This box 124 is preferably made up of several refractory pieces, for example two bases 126 and 128 connected by side walls to form a box with rectangular section. It could however also have another cross section, for example constituting a hollow cylinder. It will be noted that in Figure 4 only the lower and upper walls 132 and 130 are shown. These parts are for example assembled by interlocking and fixed by tie rods 134, 136.
  • the base 126 which faces the tap hole 22, is provided with a passage orifice 138 for the free end of the tube 70.
  • This orifice 138 is preferably provided with a labyrinth to reduce the risk of a leak of the molten product between the tube 70 and the passage orifice 138.
  • the free end of the tube 70 may be provided with a diffuser, which causes a burst of the jet of molten product already at the outlet of the channel 68.
  • the opposite base 128 serves as a deflection surface 139 for the jet leaving the channel 68 of the tube 70.
  • the refractory wall 132 On the side of this base 128, the refractory wall 132 is provided of an orifice outlet 140 for the molten product, which is deflected by the deflection surface 139 overhanging the orifice 140. It will be noted that the refractory wall 132, which serves as the bottom of the box 124, has a slight downward slope in the direction of the orifice 140. In orifice 140 is arranged a sort of funnel which is extended by a conduit 144 to the level of the channel 104, into which it opens almost tangentially.
  • the inclined plane 102, 122 the slope of which corresponds approximately to the slope of the tube 70, allows the deflection and deceleration device to be extracted without problem outside the tube 70, in order to be able to exchange the latter.
  • the carriages 100 and 120 could of course be provided with drive means making it possible to control their movement remotely.
  • the box 124 of FIG. 4 is advantageously provided with at least one injection head for a product for treating the molten product.
  • such an injection head is shown schematically by the reference 150, while the reference 152 schematically represents a distribution network of a gaseous or powdery treatment product.
  • the turbulence of the molten product is particularly high, which guarantees a very homogeneous mixture of the treatment product and the molten product.
  • An analogous connection could be provided for an inert gas, which makes it possible to create in the box 124 an inert atmosphere if necessary.
  • the life of the deflection and deceleration device of Figures 3 and 4 may be increased by an adequate cooling system.

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Abstract

On présente un trou de coulée d'un four à cuve, notamment d'un haut-fourneau. Ce trou de coulée comprend un canal intérieur (28) qui est prolongé en dehors de la paroi du four à cuve (12) par un conduit extérieur (48, 62, 60, 70). Le 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). 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, par exemple des plaquettes (60, 62) montées dans un support (50).

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-A-62192510 on connaît une méthode et un dispositif pour stabiliser le débit de coulée d'un haut fourneau. 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 que la perte de charge dans le canal intérieur 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 qui traverse la paroi du four à cuve. Ce dernier sera par exemple refait lors d' n 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 cm2, mais avec un canal intérieur ayant une section de passage de plusieurs centaines de cπ .
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 a 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 l'insert.
Le support est alors muni de griffes agencées de façon à pouvoir appliquer lesdites plaquettes et 1'insert fermement contre 1'extrémité de sortie du tube intérieur formant ledit canal intérieur. Ces griffes sont par ailleurs avantageusement munies de ressorts, agencés de façon à produire 1'effort pour appliquer lesdites plaquettes et 1'insert fermement contre 1'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 di ensionné 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 1'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 peut avoir à cet endroit 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 fritte), ayant une bonne résistance à l'érosion par le fonte qui le traverse. Sa section de passage définit un canal intérieur 28 qui 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 afin d'éviter 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 qui 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 1'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 l'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 l'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 l'insert 48. Sur la Figure 2 la plaquette 62 est en appui sur l'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 66 dans les 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 fritte.
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 l'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 l'insert 48. La variation du recoupement entre l'orifice 66 et l'ouverture de sortie de l'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 l'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 qui 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 utile de la rigole principale, c'est-à-dire la longueur où 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 102, 122, 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 100 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 de la Figure 4 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 qui 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

REVENDICATIONS
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 l'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 l'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 1'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) qui 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).
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