L'invention concerne une cuve basculante pour le traitement de métal liquide, typiquement pour le traitement par les gaz ou filtration de l'aluminium ou du magnésium liquides ou de leurs alliages, et son dispositif d'assemblage étanche avec des goulottes fixes servant à l'alimentation ou à l'évacuation dudit métal liquide de la cuve.
Une cuve de métal liquide servant à son traitement par les gaz ou à sa filtration ou simplement à son stockage en attente, a une capacité ne dépassant pas généralement 3 tonnes et comporte des dispositifs d'alimentation et de sortie du métal liquide. Le dit métal liquide entre et sort en continu de la cuve, cependant il est régulièrement nécessaire de vidanger cette dernière partiellement ou en totalité par basculement autour d'un axe horizontal selon un angle compris typiquement entre 30° et 90°. En plus de cela, la cuve peut être équipée d'un trou de vidange particulier situé dans sa partie basse.
Le dispositif de sortie du métal liquide comprend un orifice, ou trou de coulée, percé habituellement au sommet d'une des parois de la cuve, prolongé par un bec de coulée déversant le métal liquide dans une goulotte fixe d'évacuation. Le dispositif d'alimentation en métal liquide à partir d'une goulotte fixe est généralement de même sorte. Typiquement la cuve est parallélépipédique rectangle et l'axe de basculement parallèle à sa grande longueur. Il est indispensable que la liaison articulée entre le bec solidaire de la cuve et la goulotte fixe reste étanche au métal liquide à haute température, malgré des cycles de chauffage et refroidissement répétés de l'installation.
Il est connu de déverser le métal liquide dans une goulotte fixe perpendiculaire à l'axe de basculement horizontal. Ce dernier, habituellement situé à la hauteur du trou de coulée, est alors déporté à l'extérieur de la cuve et passe par l'extrémité commune au bec et à la goulotte agencés dans le prolongement l'un de l'autre.
Lorsque la cuve est basculée, on voit que le bec de sortie de la dite cuve et la goulotte fixe font un angle variable et que la liaison entre ces deux éléments doit être articulée et étanche. Pour réaliser l'étanchéité de cette articulation il est connu de réaliser une genouillère métallique enveloppant par l'extérieur les extrémités du bec et de la goulotte fixe et de tapisser la face interne de la dite genouillère d'un garnissage, pouvant être une tresse à base graphite, pour assurer l'étanchéité avec les faces externes du bec et de la goulotte. Ainsi, lors du basculement de la cuve, son bec de sortie se déplace en frottant de façon étanche sur le garnissage de la genouillère.
Lors de son basculement, la cuve équipée d'un tel agencement présente un encombrement important, en particulier lorsque l'angle de basculement est de 90°, cet encombrement étant dû au fait que l'axe de basculement passe à l'extrémité du bec. De plus, du métal peut se figer dans le dispositif articulé, en particulier entre la genouillère, le bec et la goulotte, ce qui complique et gène singulièrement les opérations d'entretien ou de démontage.
On connaît également des fours de fusion et de stockage de métal liquide de grande capacité (plusieurs dizaines de tonnes) basculant autour d'un axe horizontal et déversant le métal liquide dans une goulotte fixe située dans le prolongement dudit axe, dont l'angle de basculement ne dépasse pas généralement 10 à 20°. Dans ce cas, une liaison rotative étanche entre le bec de coulée solidaire du four, situé également sur l'axe de basculement, et la goulotte fixe de section droite semi circulaire consiste à y emboîter et ajuster le bec solidaire de la cuve, ayant une section droite également semi-circulaire de diamètre légèrement plus petit, et à faire coulisser en rotation les deux parties semi-circulaires l'une par rapport à l'autre à l'aide d'une garniture d'étanchéité, souvent à base de graphite, située entre elles deux.
Un tel dispositif n'est utilisable que pour de faibles angles de basculement en raison du fait que la tresse est entraînée dès que l'angle de basculement devient un peu important. Ainsi, ce dispositif n'est pas applicable aux cuves de traitement, en particulier celles qui basculent avec de grands angles. De plus, il est difficile d'obtenir une bonne étanchéité du fait que lesdites deux parties encastrées l'une dans l'autre se dilatent différemment dans le sens diamétral, que les goulottes se déforment facilement lors des nombreux cycles thermiques qu'elles subissent et que la force de serrage de la tresse n'est pas réglable. De plus, il y a de grands risques de blocage du dispositif en raison du métal qui peut aller se glisser et se figer dans l'interstice entre le bec et la goulotte.
La demanderesse a ainsi cherché à éviter les inconvénients ci-dessus et à mettre au point une cuve de traitement basculante d'encombrement de basculement réduit et ayant simultanément un dispositif de liaison articulée, entre le bec solidaire de la cuve et la goulotte fixe, parfaitement étanche tout en étant simple de conception et d'utilisation (réglage, entretien, démontage, nettoyage) et sans que le dit dispositif puisse être la cause de figeage (prise en masse) de métal liquide.
L'invention est une cuve de traitement de métal liquide basculante autour d'un axe, alimentée par une goulotte fixe et déversant ledit métal liquide dans une goulotte fixe d'évacuation, la dite cuve comportant au moins un trou de passage pour l'alimentation, la sortie ou la vidange du métal liquide pratiqué dans une de ses parois et prolongé par un bec dit mobile solidaire de la cuve, caractérisée en ce qu'au moins l'axe de la goulotte fixe d'évacuation est confondu avec l'axe de basculement.
Habituellement l'axe de la goulotte d'alimentation est également confondu avec l'axe de basculement. Il est particulièrement avantageux de pratiquer cet agencement pour des cuves basculant d'un angle supérieur à 30° et pouvant atteindre 90°.
En général, la cuve est au moins approximativement parallélépipédique rectangle, ses parois pouvant présenter une légère dépouille, et l'axe de basculement est parallèle à sa grande longueur, c'est-à-dire parallèle aux grandes parois et perpendiculaires aux petites.
Ledit axe de basculement passe de préférence dans un angle supérieur des dites petites parois; dans ce cas il est confondu non seulement avec les axes des goulottes fixes et des becs mobiles de coulée ou d'alimentation mais également avec ceux des trous de coulée ou d'alimentation. Mais il peut très bien être situé à un autre endroit de la cuve ou même déporté à l'extérieur de la cuve; dans ce cas il est encore confondu avec les axes des goulottes fixes et des becs mobiles.
Selon l'invention les extrémités des becs mobiles et des goulottes fixes de section droite circulaire, alignées sur l'axe de basculement, sont reliées par un dispositif de liaison articulée en rotation autour du dit axe, étanche au métal liquide, pouvant tourner d'un angle supérieur à 30° et pouvant atteindre 90° sans perdre son étanchéité et permettant ainsi de vidanger partiellement ou totalement la cuve.
Ledit dispositif articulé en rotation selon l'invention comprend
Il y a de préférence deux joints à base de graphite, un fixé sur la portée de chaque bride, frottant l'un sur l'autre.
Le bec mobile et la goulotte fixe étant dans le prolongement l'un de l'autre de façon que les portées des joints en regard correspondent parfaitement, il est avantageux de disposer sur chacune des brides des moyens de centrage coopérant l'un avec l'autre et pouvant constituer un dispositif de centrage.
Ainsi, une des brides peut comporter une protubérance cylindrique, à l'extrémité de laquelle peut se trouver la portée de joint; cette protubérance circulaire comme la bride est prévue pour s'engager à frottement doux dans un logement correspondant situé sur l'autre bride et au fond duquel peut se trouver l'autre portée de joint faisant face à celle de la première bride. On voit que l'emboîtement de ces deux pièces assure le centrage des portées de joint.
Pour obtenir l'étanchéité au métal liquide tout en ayant une force de frottement adaptée pour permettre la rotation d'une bride par rapport à l'autre, il ne reste alors plus qu'à plaquer les deux joints l'un contre l'autre à l'aide du dispositif de serrage. Pour éviter que la goulotte fixe ne soit entraînée lors de la rotation du bec, il est avantageux de renforcer son immobilisation à proximité de la bride de liaison, par exemple à l'aide de barres de renfort solidaires d'un bâti.
Le dispositif de serrage peut comprendre des tirants filetés prenant appui d'une part sur une ou des pièces d'appui solidaires du bâti, fixe ou de préférence manoeuvrable, et d'autre part sur la bride de liaison, par l'intermédiaire de pièces élastiques, par exemple des ressorts ou des rondelles bombées du type dit « belleville ». Des écrous permettent de régler la force de serrage en comprimant plus ou moins les pièces élastiques. Les pièces élastiques permettent également de maintenir l'étanchéité lors des cycles thermiques en encaissant les dilatations.
On voit qu'un tel dispositif, où les dilatations se produisent dans l'axe, permet de s'affranchir des déformations récurrentes ou endémiques dues aux cycles thermiques subis par l'ensemble lors des arrêts et remise en route de la cuve, et d'obtenir l'étanchéité souhaitée en évitant toute fuite ou figeage intempestifs de métal liquide qui pourraient gêner les manoeuvres de la cuve. De même pour démonter le dispositif en vue de son nettoyage ou de son entretien (par exemple: changement des joints), il suffit d'écarter les deux brides l'une de l'autre.
Pour faciliter le démontage, il est aussi possible de prolonger la bride de liaison par une portion de goulotte fixe assujettie à la goulotte fixe proprement dite à l'aide d'un dispositif de fixation rigide (par exemple à l'aide de brides solidaires de la goulotte et de la portion de goulotte, boulonnées entre elles), étanche, facilement démontable et accessible et de faire reposer, l'ensemble (portion de goulotte fixe, bride de liaison, dispositif de serrage) sur un chariot mobile portant également le bâti d'appui du dispositif de serrage. Pour le démontage, il suffira alors de désaccoupler la goulotte fixe de la portion de goulotte et d'écarter cette dernière avec sa bride de liaison du bec mobile équipé de sa bride d'adaptation après avoir relâché le dispositif de serrage.
Les brides sont généralement en acier ou fonte réfractaire; l'intérieur de la portion de goulotte fixe peut être revêtu du même produit réfractaire que celui des becs, des goulottes ou de la cuve de métal liquide.
Le dispositif selon l'invention s'applique à la liaison de la cuve de métal liquide aussi bien avec sa goulotte de sortie qu'avec celle d'alimentation. Quand elle s'applique aux deux, ces dernières sont situées sur le même axe, comme cela a été déjà dit.
L'invention concerne également les cuves de métal liquide comportant un ou plusieurs dispositifs de liaison articulés et les procédés mettant en oeuvre les cuves ou les dits dispositifs selon l'invention. Les procédés sont en particulier la filtration ou le traitement par les gaz des métaux liquides comme l'aluminium, le magnésium ou leurs alliages.
La figure 1 illustre l'invention et représente une vue d'une cuve de métal liquide dont l'axe de basculement passe par la partie supérieure d'une de ses parois.
La figure 2 représente une vue de profil d'une liaison articulée en rotation montée sur une cuve de métal liquide du type de celle de la figure 1.
La figure 3 illustre une vue de profil du mode de réalisation préféré de la liaison articulée en rotation selon l'invention.
La figure 1 montre l'implantation d'un trou de passage (5) pour la coulée, la vidange ou l'alimentation du métal liquide et du bec (7) le prolongeant sur une petite paroi (2) de la cuve (1). Le trou de passage (5) se trouve à la partie supérieure de ladite cuve, près d'une grande paroi (25) (vue en coupe) perpendiculaire à la petite paroi (2); l'axe de basculement (6) passe par son centre et est parallèle à ladite grande paroi (25). On voit que, grâce à cet agencement et au dispositif de liaison articulé étanche selon l'invention, il est aisément possible de vidanger complètement la cuve en la basculant dans le sens de la flèche (24), le besoin d'espace pour effectuer cette opération étant réduit au minimum.
Sur la figure 2 on voit en (1) une cuve de métal liquide parallélépipédique avec une petite paroi (2) présentant une légère dépouille, recouverte intérieurement d'un matériau réfractaire (2a), et un couvercle (3) également recouvert intérieurement d'un matériau réfractaire (4). A la partie supérieure de la cuve (1) se trouve un trou de passage (5) pour la coulée, la vidange ou l'alimentation du métal liquide. La cuve est basculante autour de l'axe de basculement (6) passant par ledit trou de passage (5). Ce dernier est prolongé par un bec mobile (7) solidaire de la cuve (1) et qui pivote avec elle; il est revêtu intérieurement d'un matériau réfractaire (8).
Le serrage réglable des joints (12, 13) peut être assuré par des tirants filetés (19) prenant appui sur une pièce fixe (20) solidaire d'un châssis (21), par l'intermédiaire d'un ressort (22) dont l'écrasement est réglé par des écrous.
Tel qu'illustré aux figures 2 et 3, le dispositif de liaison étanche au métal liquide, articulé en rotation autour d'un l'axe (6) et permettant le basculement d'une cuve (1) de métal liquide, comprend :
Le dispositif de liaison selon l'invention comprend avantageusement un dispositif de centrage (11, 11a, 14, 14a) des brides (10, 10a, 10b, 10c, 15, 15a, 15b) l'une par rapport à l'autre. Ce dispositif de centrage peut comprendre, sur une des brides (10, 10a, 10b, 10c, 15, 15a, 15b), une protubérance (11, 11a) cylindrique s'engageant à frottement doux sans un logement correspondant (14, 14a) situé sur l'autre bride (10, 10a, 10b, 10c, 15, 15a, 15b). Selon la variante de la figure 2, l'une des portées de joints peut se trouver à l'extrémité de la protubérance (11), l'autre portée de joint se trouvant au fond du logement (14), de façon à ce que les deux portées de joint se fassent face. Selon la variante de la figure 3, les portées de joint sont prévues à l'extrémité de protubérances spécifiques (15b, 10b) des brides (10a, 10b, 10c, 15a, 15b), lesdites portées étant disposées de façon à ce qu'elles se fassent face.
Selon premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif réglable de serrage comprend des tirants filetés (19) prenant appui d'une part sur une ou des pièces d'appui fixes (20), de préférence solidaires d'un châssis (21) et d'autre part sur une des brides (10, 15), par l'intermédiaire de pièces élastiques ou d'un ressort (22), des écrous permettant de régler l'écrasement et, par conséquent, la force de serrage.
Selon second mode de réalisation de l'invention, le dispositif réglable de serrage comprend une protubérance (22c) sur une des brides (10, 10a, 10b, 10c, 15, 15a, 15b), une bride annulaire (22b) et des moyens d'ajustement du serrage (19a, 22a), tels que des boulons (19a) et des rondelles de type "belleville" (22a). Cette variante simplifie davantage l'ouverture et le démontage du dispositif de liaison.
Le bec (7) peut comporter à son extrémité une contre bride (9) sur laquelle est fixé de façon étanche la bride d'adaptation (10) comportant une protubérance (11) cylindrique. Selon une variante de l'invention, sur la portée de joint située à l'extrémité de ladite protubérance (11) est placé le joint (12) de préférence à base de graphite. Ce joint (12) vient s'appliquer contre le joint correspondant (13) placé sur la portée de joint située au fond du logement (14) cylindrique faisant partie de la bride de liaison (15) et coopérant avec la protubérance (11) pour centrer le dispositif. Selon une autre variante de l'invention, les brides (10, 10a, 10b, 10c, 15, 15a, 15b) peuvent comporter plusieurs pièces distinctes qui sont de préférence fixées les unes aux autres, par exemple, à l'aide de pions d'arrêt en rotation (26, 27) ou de moyens de fixation (28). Les pions d'arrêt en rotation (26, 27) peuvent être soudés aux brides (10b, 15b) correspondantes et des logements spécifiques prévus dans les brides (10a, 15a) correspondantes.
La bride de liaison (15, 15a, 15b) est fixée à l'aide d'une contre bride (16) sur une portion de goulotte fixe (17) amovible, située dans le prolongement du corps principal de la goulotte fixe (18). En (23) on voit un dispositif d'accouplement étanche entre le corps principal (18) et la portion amovible (17) de la goulotte fixe.
Il peut être avantageux de prévoir un joint (29), résistant à la chaleur et au métal liquide, entre la bride de liaison (15, 15a, 15b) et la contre bride (16).