La présente invention appartient au domaine de l'industrie sidérurgique et a pour objet un pivoteur de poches de coulées, utilisé en particulier dans les installations de coulée continue de l'acier.
Dans ce type d'installation les poches contenant le métal fondu et venant de l'aciérie sont amenées près de l'installation de coulée au moyen d'un chariot de transport ou d'un pont-roulant et placées au-dessus d'un récipient-distributeur dans lequel le métal fondu se déverse par un trou de coulée. Le métal fondu passe ensuite du distributeur à la lingotière sans fond où est formée la bande continue de métal: brame ou barre.
Afin de faciliter le remplacement des poches et de diminuer autant que possible les temps morts, on utilise souvent comme support de poches, un appareil appelé "pivoteur de poches".
De tels appareils sont connus. Ils comprennent au moins un bras s'étendant en porte-à-faux à partir d'un fût monté rotatif autour d'un axe vertical sur un socle fixe, par exemple le bâti de support de l'installation. Chaque bras peut supporter une poche et l'amener par rotation, d'une position de chargement et de déchargement à une position de coulée au-dessus du distributeur.
Le pivoteur est souvent muni de deux bras diamétralement opposés de telle sorte que, pendant qu'une poche, placée au-dessus du distributeur, déverse l'acier qu'elle contient, on puisse retirer de l'autre bras la poche préalablement vidée pour la remplacer par une nouvelle poche pleine.
Généralement, le trou de coulée, fermé par une busette, est prolongé vers le bas par un tube de coulée, dont le rôle est de protéger le jet d'acier, entre poche et distributeur, du contact avec l'air et donc de l'oxydation.
Les dispositifs de protection sont en général, ou un tube en réfractaire rapporté ou maintenu sous la poche, ou bien une jupe en amiante ou en matériaux similaires dans laquelle est maintenue une atmosphère neutre.
Etant donné que la poche est amenée au-dessus du distributeur puis évacuée par rotation du bras du support autour de son axe vertical, on a été conduit à équiper les supports de poches de dispositifs de levage qui permettent de dégager le tube de coulée lors des changements de poches ou de distributeurs. Le levage est aussi nécessaire lorsque, pour déboucher la busette de fermeture du trou de coulée, il faut y insuffler à l'aide d'une lance, de l'oxygène sous pression qui vient brûler l'acier figé dans l'orifice de la busette.
Les dispositifs de levage des bras de support de poches connus peuvent être de type hydrauliques ou électromécaniques.
Dans les dispositifs de types mécaniques, le levage est engendré par des éléments de types treuils et mouflages, vis et écrous, bielles, manivelles. Ces disposotifs sont lourds et encombrants, ils balayent un espace important lors de la rotation du pivoteur, ce qui crée des zones dangereuses aux postes de travail. De plus, généralement, ils comportent un certain nombre d'articulations et de guidages exposés aux projections d'acier et donc d'entretien fréquent et délicat.
En outre, les guidages saillants au-dessus des bras demandent une hauteur de levée au pont plus importante et donc une hauteur de bâtiment en rapport.
Dans les dispositifs de types hydrauliques, le levage est engendré par des vérins. Ces dispositifs sont plus simples et créent moins de contraintes que les dispositifs mécaniques.
Dans ce cas, le levage de la poche est commandé par au moins un vérin hydraulique prenant appui sur le bras de support, ce dernier étant monté pivotant sur le fût autour d'une axe horizontal.
La poche est munie de deux tourillons s'engageant dans des organes de suspension qui permettent la manoeuvre par le pont-roulant et qui reposent sur des parties d'appui ménagées à l'extrémité du bras de support et qui ont souvent la forme de cuvette trapézoïdale dans lesquelles s'encastrent les parties inférieures, de formes correspondantes, des organes de suspension. De ce fait, si les parties d'appui sont fixées rigidement à l'extrémité des bras de supports, le pivotement de ces derniers pendant le levage détermine un changement d'orientation des organes de support et par conséquent une oscillation de la poche autour de ses tourillons. C'est pourquoi on juge souvent préférable de ménager les parties d'appui sur deux montants de support reliés au fût par un système articulé formant un parallélogramme déformable dont ils constituent un côté extérieur déplaçable parallèlement à lui-même. A cet effet, chaque montant de support est articulé autour d'axes horizontaux d'une part sur l'extrémité du bras de support et d'autre part sur une bielle parallèle au bras de support et articulée sur le socle, le sommet du parallélogramme déformable étant constitué par les axes d'articulation respectivement fixes et mobiles du bras de support et de la bielle de maintien respectivement sur le socle et sur les deux montants de support.
Dans de telles dispositions, qui sont décrites, par example, dans les documents EP-A-0206169 ou FR-A-2234946, l'effort de levage est appliqué sur le bras de support qui travaille donc en flexion et l'effort demandé au vérin est supérieur au poids de la charge. Pour cette raison et pour mieux soutenir l'ensemble articulé au cours du levage, celui-ci est réalisé, généralement, au moyen de deux vérins écartés et synchronisés agissant chacun sur un côté du bras de support.
L'invention a pour objet un dispositif du type à parallélogramme déformable mais plus simple, moins lourd et moins encombrant que la plupart des dispositifs connus. En outre, la rigidité des organes supportant la poche est augmentée et il est possible de réaliser le levage au moyen d'un vérin de soulèvement unique, l'effort développé étant mieux utilisé. De plus, le dispositif selon l'invention favorise la protection contre les projections d'acier des différents organes mécaniques et hydrauliques tout en présentant une totale accessibilité qui permet un entretien facile et efficace.
Le pivoteur de poche selon l'invention est donc du type comprenant un fût monté rotatif sur un socle fixe et au moins un bras s'étendant en porte-à-faux et constitué par un ensemble articulé en forme de parallélogramme déformable comprenant deux montants de support placés de part et d'autre de la poche et reliés au fût par un ensemble de bielles parallèles, respectivement supérieures et inférieures, reliées respectivement aux deux montants et au fût par des articulations définissant quatre axes horizontaux constituant les sommets du parallélogramme déformable dont lesdits montants constituent un côté extérieur mobile susceptible de se déplacer verticalement en restant parallèle à lui-même par déformation du parallélogramme sous l'action d'au moins un vérin de levare.
Conformément à l'invention, les articulations définissant l'axe mobile des bielles supérieures sont ménagées sur un châssis transversal s'étendant horizontalement et passant à l'extérieur de la poche entre celle-ci et le fût et les deux montants de support sont fixés rigidement sur ledit châssis transversal et forment avec ce dernier une chaise rigide en forme de fourche dans laquelle vient s'emboîter la poche.
Par rapport aux autres dispositions connues à parallélogramme déformable, l'invention présente donc la particularité de placer l'axe supérieur mobile à l'extérieur de la poche, entre celle-ci et le fût, les deux côtés latéraux, fixes et mobiles du parallélogramme, étant orientés en biais de façon que l'axe mobile supérieur du parallélogramme se trouve sensiblement à la verticale de l'axe fixe inférieur. Grâce à cette disposition, la chaise de support peut prendre appui directement sur le ou les vérins de levage, ces derniers étant interposés entre le fût et le châssis transversal et dirigés suivant un axe sensiblement vertical en prenant appui, respectivement sur le châssis transversal à proximité de l'axe mobile supérieur et sur le fût à proximité de l'axe fixe inférieur.
Une telle disposition permet notamment de réaliser le soulèvement de la poche au moyen d'un vérin unique placé dans le plan médian vertical de la chaise et prenant appui au centre du châssis transversal de la chaise de support.
Par ailleurs, du fait que le poids de la chaise supportant la poche est appliqué directement sur le ou les vérins, les bielles supérieures et inférieures qui constituent les côtés sensiblement horizontaux du parallélogramme n'ont qu'un rôle de stabilisation pour maintenir la chaise selon les trois axes et sont soumises uniquement à des efforts de compression ou de traction. De plus, la taille du ou des vérins est directement conditionnée par la masse de la poche et sa course est sensiblement égale à la course de levage demandée.
De plus, la charge peut être directement mesurée, soit au moyen d'un peson interposé entre le vérin de levage et le fût, soit par simple mesure de la pression du vérin.
Mais l'invention présente également d'autres avantages qui apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel et de certaines variantes représentées schématiquement sur les dessins annexés.
Le pivoteur de poches représenté sur les figures 1 et 2 comprend un fût (2) monté rotatif autour d'un axe vertical sur un bâti ou socle (1) ancré au massif de fondation. La rotation du fût est commandée par un moteur et est transmise par des engrenages non représentés à une couronne d'orientation à galets (21) solidaire du fût (2).
Ce pivoteur est du type comprenant deux bras (4) (4′) de support de poches s'étendant en porte-à-faux à partir du fût (2), symétriquement de part et d'autre de l'axe (3) du fût rotatif (2). Comme on le voit, cependant, sur la figure, chaque bras de support (4) est constitué par une chaise de support massive (40) écartée du fût et reliée à ce dernier simplement par deux paires de bielles parallèles, respectivement supérieures (5) et inférieures (6). La chaise (40) de support de la poche de coulée (16) est constituée de deux montants (41) placés de chaque côté de la poche (16) et reliés entre eux rigidement par une poutre horizontale ou châssis transversal (42) de façon à constituer un bloc rigide en forme de fourche présentant deux extrémités libres (43).
A chacune de ces extrémités externes libres (43) sont ménagés des organes (44) d'appui latéral formant berceau sur lesquels repose la poche par l'intermédiaire de deux axes ou tourillons (17) de suspension diamétralement opposés.
Selon une disposition connue, les tourillons (17) s'engagent dans des organes de suspension (19) munis à leur partie inférieure d'une surface d'appui de forme trapézoïdale qui s'encastre dans une surface de même forme ménagée en creux sur le berceau correspondant (44) de façon à assurer le calage de la poche (16).
Du côté externe, les bielles supérieures (5) et inférieures (6) de guidage et de maintien de la chaise (40) sont articulées respectivement sur le châssis transversal (42) et sur les extrémités libres (43) des deux montants (41) autour d'articulations 45, 46 définissant respectivement un axe mobile supérieur (52) et un axe mobile inférieur (62).
Du côté interne, les bielles supérieures (5) et inférieures (6) sont articulées sur le fût (2), autour de deux axes fixes respectivement supérieur (51) et inférieur (61). Les deux axes fixes d'articulation (51) et (61) sont définis par des paliers portés par le fût (2) et ménagés respectivement sur des flasques (22) fixés à la partie supérieure et dans l'axe du fût (2) et sur des flasques (23) fixés à la partie inférieure, au niveau de l'anneau de rotation (21).
Les différentes articulations (45, 46, 22, 23) sont parties intégrantes des bielles et du fût, les pièces rapportées étant de simples paliers courts.
Les quatre axes (51), (52), (61), (62) sont placés aux sommets d'un parallélogramme déformable, dont chaque montant (41) constitue donc un côté externe mobile opposé au côté interne fixe défini par les axes supérieurs (51) et inférieurs (61). Les bielles supérieures (5) et inférieures (6) forment les deux autres côtés respectivement supérieur et inférieur du parallélogramme.
Les deux autres côtés sont formés d'une part par les bielles inférieures (6) formant le côté inférieur et d'autre part par les bielles supérieures (5) formant le côté supérieur du parallélogramme.
On voit que l'orientation des côtés latéraux du parallélogramme et la longueur des bielles sont déterminées de façon que l'axe supérieur mobile (52) du parallélogramme se trouve placé sensiblement à la verticale de l'axe fixe inférieur (61).
Dans le mode de réalisation préférentiel représenté sur les dessins, le mouvement de levage de la poche est engendré par un seul vérin hydraulique (7) prenant appui d'une part sur le fût (2), entre les deux bielles inférieures (6) et d'autre part sur la chaise (40) de support de poche, au milieu du châssis transversal (42).
Dans une telle disposition,le vérin de levage peut donc être orienté suivant une direction sensiblement verticale. Les nécessaires changements d'orientation au cours du levage sont autorisés en interposant entre les deux éléments du vérin (7) et, respectivement, le fût (2) et le châssis (42), des organes d'appui articulés (71, 72). On peut utiliser des appuis à rotule mais une articulation autour d'un axe parallèle aux axes du parallélogramme serait suffisante.
Comme on peut le constater, le vérin (7) supporte ainsi directement le poids de la poche (16) auquel s'ajoute celui de la chaise (40).
Aucun effet de démultiplication n'augmente donc la charge appliquée sur le vérin dont le déplacement est sensiblement égal à celui de la poche et c'est ce qui permet, notamment, d'employer un vérin unique dont la taille et la course sont directement conditionnées par la masse à soulever et la course de levage demandée.
Le circuit hydraulique est simplifié car le vérin de levage peut être un simple vérin plongeur, le rappel en descente étant assuré de façon sûre, même sans charge, par le poids mort de la chaise (40) et des bielles (5) et (6).
La chaise de support (40) peut être constituée par un bloc mécano-soudé formant une fourche très rigide simplement maintenue par les bielles (5) et (6) de façon à se déplacer parallèlement à elle-même. Les bielles (5) et (6) travaillent uniquement en traction ou en compression et peuvent d'ailleurs être relativement courtes même si l'axe supérieur fixe (51) est placé très près de l'axe du fût (2). La chaise (40) est, elle-même, peu sollicitée à la flexion.
Le maintien à l'horizontale des deux appuis (44) des tourillons (17), est assuré par le châssis transversal (42) associé à un caisson de torsion (15) s'étendant horizontalement entre les deux bielles supérieures (5) auxquelles il est fixé rigidement. Les deux bielles inférieures (6) peuvent, d'ailleurs, être également solidarisées par une barre de liaison (63).
Ainsi, tout déséquilibre est absorbé par un élément non sujet à usure ou entretien comme le seraient les dispositifs dynamiques classiques tels que pignons, crémaillères distributeurs hydrauliques, vis, écrous, etc.....
Le maintien du parallélisme des éléments correspondants sur les deux côtés du parallélogramme engendre un couple de torsion que l'on peut faire supporter essentiellement par le caisson (15) en adaptant en conséquence les caractéristiques dimensionnelles de ce dernier, de même que pour le châssis transversal (42) qui supporte l'effort de levage en particulier en cas d'utilisation d'un vérin unique.
Bien entendu le second bras (4′) du pivoteur s'étendant symétriquement de l'autre côté de l'axe (3) du fût rotatif (2) serait réalisé de la même façon et c'est pourquoi il n'a pas semblé nécessaire de la représenter complètement sur les dessins.
La figure 3 représente un exemple de réalisation différent du pivoteur selon l'invention.
La différence par rapport au pivoteur décrit précédemment réside dans le fait que le vérin (7) est fixé rigidement directement sur le fût rotatif (2). La poussée de ce vérin (7) est alors transmise à la chaise de support (40) par une bielle de compression (9), articulée à ses deux extrémités respectivement sur la chaise (40) et sur le vérin (7).
Cette réalisation particulière du dispositif de levage entraîne une meilleure répartition pour la transmission des efforts dans les éléments du pivoteur. Les circuits hydrauliques peuvent alors être en tuyauterie rigide et l'ensemble du dispositif de levage hydraulique, en particulier de la tige (12) du vérin, les joints et le matériel de pesage, peuvent être particulièrement bien protégés des projections d'acier.
La figure 4 montre une autre variante. La bielle de compression (9) est articulée à son extrémité supérieure sur le châssis transversal (42) et à son extrémité inférieure, directement sur le piston (10) du vérin (7) en passant dans un alésage axial ménagé dans la tige (12) et laissant le jeu nécessaire à l'orientation de la bielle (9). La tige 12 sert alors seulement au guidage et à l'étanchéité et est très peu sollicitée, la charge étant appliquée directement sur le piston (10).
Sur la figure 4, on a aussi représenté un dispositif de pesage comprenant de chaque côté de la poche, deux ensembles de pesons (14). Cependant, étant donné la proportionnalité entre le poids de la poche et la force de compression directement appliquée sur le vérin, ce dispositif de pesage peut très bien, de façon nouvelle être directement appliqué au niveau du vérin de levage (7).
Par exemple, comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 1, des pesons (73) pourraient être interposés entre le corps du vérin (7) et le fût (2) au niveau de l'organe d'appui inférieur (71).
Mais on pourrait aussi déterminer le poids de la poche simplement à partir d'une mesure de la pression hydraulique appliquée sur le vérin (7) en tenant compte des poids morts.
On notera que la disposition conforme à l'invention, présente l'avantage de dégager au milieu du fût rotatif (2), un espace libre dans lequel on peut installer les matériels principaux de commande hydraulique sur un simple plancher bien soutenu par le fût (2). D'autres éléments: réservoir, tiroirs, peuvent être installés en porte-à-faux sous les passerelles ménagées pour la circulation sur le côté du pivoteur mais on peut aussi loger l'ensemble de la commande hydraulique dans le fût.
Des variantes peuvent être apportées dans la réalisation du pivoteur qui vient d'être décrit sans s'écarter du cadre de protection défini par les revendications.
Par exemple, il est particulièrement intéressant d'utiliser un vérin unique pour le levage du bras de support de la poche, ce qui permet de s'affranchir de tous les problèmes de synchronisation hydraulique présents dans tous les dispositifs hydrauliques à plusieurs vérins. Cependant, il serait aussi possible de faire agir deux vérins (7) aux deux extrémités du châssis transversal (42).
On pourraît aussi intercaler entre le fût (2) et la chaise (40) un amortisseur venant réduire les effets des chocs de dépose sur l'ensemble de la structure, la forme compacte et rigide de la chaise permettant, d'ailleurs, de mieux absorber de tels chocs.
On voit que l'ensemble des caractéristiques que l'on vient de décrite permettent l'obtention d'un pivoteur simple, où le montage et le changement des poches sont aisés, et dont le poids est inférieur à celui de la plupart des pivoteurs connus.
Le poids de la poche de coulée et des éléments qui la supportent est supporté directement sans effet de démultiplication par les moyens de levage, ces derniers peuvent être constitués par un vérin unique placé dans le plan médian vertical du pivoteur et dirigé verticalement de telle sorte que la charge à lever et l'effort de levage sont sensiblement parallèles, de sens contraire et d'égale intensité, aux masses mortes près.
Ainsi, les efforts extérieurs inévitables ne sont pas transposés en efforts internes plus importants, comme cela est le cas avec les dispositifs classiques à leviers.
En outre l'accessibilité, totale à tous les endroits délicats (vérins, bielles, caissons de torsion), permet un entretien facile et efficace de l'installation et l'ensemble des matériels sensibles peut être facilement protégé par exemple par des capotages et/ou des protections gunitées.