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GRA 085
2099~0~ -
La présente invention concerne un four, notamment
un four électrique de traitement de métal liquide.
Elle s'applique en particulier aux fours électri-
ques à arcs utilisés dans la sidérurgie pour élaborer des
aciers.
On conna;t déjà dans l'état de la technique un
four comportant une cuve fermée par une vo&te flottante.
La voute flottante peut etre levée et déplacée,
afin d'effectuer le chargement du four, notamment avec de
la ferraille. Lorsque le chargement est terminé, la voute
est remise en place sur le dessus de la cuve.
Pendant le fonctionnement du four, il apparalt
des problèmes d'étanchéité entre la cuve et la voute
flottante.
Il est connu d'assurer l'étanchéité entre la cuve
et la vo~te flottante au moyen d'un joint de sable
disposé sur le bord de l'ouverture de la cuve. Or, du
fait que la surface du sable conserve sa forme initiale
lorsqu'on déplace la voute flottante, le joint perd de
son étanchéité lorsqu'on repose a nouveau la voute sur la
surface du sable qui ne s'adapte plus étroitement à la
forme du contour périphérique de la voûte.
On a donc proposé un dispositif d'étanchéité
entre la cuve et la voute flottante comprenant un maté-
riau souple réfractaire disposé sur le bord de l'ouver-
ture de la cuve. Ce matériau souple réfractaire retrouve
sa forme initiale lorsque la voute est sou~evée.
Un tel dispositif d'étanchéité est décrit dans le
document FR-A-2 665 756.
Dans ce dispositif d'étanchéité, les bords de
jonction de la voute flottante et de la cuve sont délimi-
tés par des surfaces sensiblement planes et horizontales.
Or, le contact plan sur plan est défavorable à l'étan-
ch~ité. De plus, lors du chargement de la cuve des fer-
3~ railles se déposent sur le bord plan de l'ouverture de la
-
209~07
cuve, ce qui nuit à l'étanchéité du four lorsque la voûte
est replacée sur la cuve.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvé-
nients et d'améliorer l'éta~chéité entre la cuve et la
voûte flottante d'un four, en particulier d'un four
électrique utilisé dans la sidérur~ie.
A cet effet l'invention a pour objet un four,
notamment un four électrique de traitement de métal
liquide, comportant une cuve fermée par une voûte flot-
tante et des moyens d'étanchéité entre la voûte et lacuve, caract~risé en ce que les moyens d'étanchéité
comprennent deux surfaces jointives en contact direct
agencées l'une sur le bord périphérique de la voûte et
l'autre sur le bord périphérique de la cuve, une première
lS surface étant sensiblement torique et la seconde surface
étant sensiblement tronconique
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention:
- le bord périphérique de la cuve comporte une
rehausse amovible sur laquelle est agencée la surface
jointive de contact de la cuve :
- la base de la rehausse comporte une jupe
annulaire enfoncée dans du sable contenu dans un canal
circulaire de la cuve, la ~upe et le sable formant ~oint
d'étanchéité entre la cuve et la rehausse ;
- la rehausse comporte au moins une chambre
annulaire de circulation d'un liquide de refroidissement;
- la rehausse comporte deux chambres annulaires
dans lesquelles du liquide de refroidissement circule
dans des sens opposés ;
- la rehausse comporte une membrane métallique
élastique disposée dans la zone de jonction de la re-
hausse avec le bord périphérique de la voute, la membrane
étant déformée sous l'effet de la pression du liquide de
refroidissement pour etre appliquée contre le bord
périph~rique de la voûte ;
.
.
20998~7
- le bord périphérique de la voûte comporte une
chambre annulaire de circulation d'un liquide de refroi-
dissement ;
- le four comporte des moyens de liaison amovi-
bles reliant la voute et la rehausse ;
- le four comporte des moyens de liaison amovi-
bles reliant la cuve et la rehausse, permettant le
soulevement de la rehausse conjointement avec la voûte.
Selon un mode de réalisation de l'invention :
- la surface sensiblement tronconique est agencée
sur le bord périphéri~ue de la cuve et la surface sensi-
blement torique est agencée sur le bord périphérique de
la voûte ;
- la surface sensiblement tronconique est portée
par un c~ne imaginaire de sommet situé sensiblement au-
dessus du bord périphérigue de la cuve ou bien la surface
sensiblement tronconique est portée par un cône imagi-
naire de sommet situé sensiblement en-dessous du bord
périphérique de la cuve.
Selon un autre mode de réalisation de l'inven-
tion:
- la surface sensiblement tronconique est agencée
sur le bord périphérique de la voute et la surface
sensiblement torique est agencée sur le bord périphérique
de la cuve ;
- la surface sensiblement tronconique est portée
par un cone imaginaire de sommet situé sensiblement au-
dessus du bord périphéri~ue de la voute, ou bien la
surfàce sensiblement tronconique est portée par un cone
imaginaire de sommet situé sensiblement en-dessous du
bord périphérique de la voûte.
Selon encore d'autres caractéristiques de l'in-
vention:
- le bord périphérique de la cuve comporte des
saillies radiales de stabilisation horizontale de la
2099807
vcûte lors de sa mise en place, agencées sur le pourtour
extérieur de la cuve sensiblement dans un même plan
transversal par rapport à l'axe de la cuve ;
- la voute comporte une buse d'évacuation des
fumées reliée à un conduit d'aspiration des fumées par
des moyens d'étanchéité comprenant un joint en matériau
souple réfractaire porté par l'extrémité de jonction de
la buse avec le conduit et appliqué contre l'extrémité de
jonction du conduit avec la buse, le5 extrémités de
jonction de la buse et du conduit étant positionnées
l'une en regard de l'autre lorsque la voute est mise en
place sur la cuve ;
- le joint comprend une corde tressée en fibre de
verre ;
- le joint est fixé par des attaches amovibles
dans un canal périphérique de l'extrémité de jonction de
la buse ;
- les extrémités de jonction respectivement de la
buse et du conduit sont munies de chambres périphériques
de circulation d'un liquide de refroidissement~
Des exemples de réalisation de l'invention seront
décrits ci-dessous en se référant aux dessins annexés
dans lesquels :
- la figure 1 est une demi-vue en élévation en
coupe axiale d'un four selon un premier mode de réalisa-
tion de l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe
axiale, suivant un autre plan que celui de la figure 1,
du four de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de détail, suivant une
coupe similaire a celle de la figure 1, montrant une
rehausse de la cuve suivant un deuxieme mode de réalisa-
tion de l'invention, la rehausse comportant une membrane
~lastique hors pression ;
,
,
2~99807
- la figure 4 est une vue similaire à la figure
3, dans laquelle la membrane élastique est sous pression;
- les figures 5 a 8 sont des vues de détail
suivant des coupes similaires a celles de la figure 1,
S montrant différents modes de réalisation des bords
périphériques de la voûte et de la cuve d'un four selon
1'invention.
On voit sur la figure 1 un four électriq~e a arcs
suivant un premier mode de realisation de l'invention,
désigné par la référence générale 10. Ce four 10 est
utilisé par exemple dans la sidérurgie pour l'élaboration
d'aciers.
Le four 10 compo~te une cuve 12, contenant du
métal liquide 14, fermée dans sa partie supérieure par
une voute flottante 16.
La cuve 12 comporte un fond 17 et une virole 18
sensiblement cylindrique, d'axe X. La paroi de la cuve 12
comporte une carcasse métallique 19 revêtue sur sa
surface lnterne d'un mat~riau r~fractaire 20.
Le bord périphérique 21 de la cuve 12 est déli-
mité par une rehausse annulaire 22 amovible en appui sur
le bord supérieur de la virole 18. La rehausse 22 est
accrochée sur la cuve 12 par des dispositifs qui sont
montrés plus en détail a la figure 2 et qui seront
décrits ultérieurement.
La rehausse 22 est délimitée par des parois
métalliques et peut etre constituée d'un seul élément
annulaire, comme représenté sur la figure 1, ou de
plusieurs éléments jointifs formant des secteurs.
Le bord supérieur de la carcasse métallique 19
comporte un canal 28 circulaire rempli de sable 30.
La paroi interne de la virole 18 comporte, dans
sa partie situ~e au-dessus du niveau de métal liquide 14,
des panneaux refroidis 32. Ces panneaux 32 ont une forme
.
.
2~9807
générale de caisson et contiennent un liquide de refroi-
dissement, par exemple, de l'eau.
Les panneaux 32 sont fixés dans la cuv~ 12 par
des moyens connus, et peuvent être retirés de la cuve en
les soulevant vers le haut, en considérant la figure 1,
apres avoir enlevé la rehausse 22, comme on le decrira
ultérieurement.
La rehausse 22 comporte deux chambres de refroi-
dissement annulaires 22A,22B, disposées l'une au-dessus
de l'autre. Ces chambres 22A,22B contiennent un liquide
de refroidissement, par exemple de l'eau, circulant dans
les chambres suivant des sens opposés.
Les chambres annulaires 22A,22B sont reliées à
des circuits d'alimentation en liquide de refroidisse-
ment, de type connu, non représentés sur les figures.
On voit sur la figure 1 que la rehausse 22 a unesection sensiblement triangula~re dans un plan axial de
la cuve contenant l'axe X.
Le bord supérieur de la virole 18 et la base 34
de la rehausse s'appuyant sur ce bord, ont une forme
sensiblement plane.
Les surfaces inclinées 38,40 de la rehausse 22
ont une forme générale sensiblement tronconique.
Une première surface inclinée 38, orientée vers
l'intérieur de la cuve, est portée par un cône imaginaire
dont on a repr~senté, en traits mixtes, une génératrice
Cl sur la figure 1. Le sommet de ce cone Cl est situé
sous le bord périphérique 21 de la cuve 12.
La seconde surface inclinée ~0, orientée vers
l'extérieur de la cuve 12, est portée par un cone imagi-
naire dont on a représenté, en traits mixtes, une généra-
trice C2 sur la figure 1. Le so~met de ce cone C2 est
situé au-dessus du bord périphérique 21 de la cuve 12.
La rehausse 22 comporte une jupe annulaire 39,
solidaire de sa base 34, faisant saillie perpendiculaire-
--: ~' ` '' . :
: ', '. ,: . ' "
2099807
ment à cette base. La jupe 39 est enfoncée dans le sable
30 de fa~on a former un joint d'étanchéité entre la
virole 18 et la rehausse 22.
La voûte 16 comporte un bord périphérique 43 en
appui sur la rehausse 22.
On voit sur la figure 1 que le bord 43 de la
voûte comporte une chambre annulaire 43A de circulation
d'un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau. La
chambre 43A est reliée a un circuit d'alimentation en
liquide de refroidissement, de type connu.
La chambre 43A peut éventuellement former un
collecteur de liquide de refroidissement raccordé à des
conduits radiaux de refroidissement, non représentés sur
les figures, agencés dans la voûte 16.
Le bord 43 de la voûte 16 est délimité par une
surface externe sensiblement torique 44. Cette surface 44
est en contact direct avec la surface sensiblement
tronconique 40 de la rehausse 22.
Les surfaces jointives 40,44 assurent l'étan-
chéité entre la voûte 16 et la cuve 12.
Afin d'assurer au moment de la mise en place dela voûte 16 sur la cuve 12 une bonne stabilisation hori-
zontale de cette voûte 16 par rapport à la rehausse 22,
cette dernière comporte des saillies radiales 45 ou
berceaux réparties sur son pourtour extérieur, sensible-
ment dans un meme plan transversal par rapport a l'axe X
de la cuve 12. Les extrémités libres des berceaux 45 sont
recourbées vers le haut de la cuve 12.
Sur la figure l, on a représenté un seul berceau
45. De préférence, la rehausse 22 comporte quatre ber-
ceaux 45 espacés entre eux de 90 suivant son pourtour
extérieur.
De façon classique, la voute 16 comporte trois
orifices à travers lesquels sont disposées des électrodes
verticales, non représentées sur les dessins, et un
.
20998~7
quatrième orifice 46 pour l'évacuation des fumées conte- -
nues dans le four.
L'orifice 46 est relié à une buse 48, solidaire
de la voûte 16, faisant saillie ~ l'extérieur du four.
La buse 48 est fixée sur la voûte 16 du four par
~n moyen connu, par exemple par un cordon de soudure 50.
L'extrémité li~re 52 de la buse 48 est raccordée
à une extrémité 54 d'un conduit 56 relié à des moyens
d'aspiration des fumées du four de type connu, non
représentés sur les figures. La section de la buse 48 et
du conduit 56 est sensiblement rectangulaire.
Des moyens 58 d'étanchéité sont disposés entre
les extrémités de jonction 52,56 de la buse 48 et du
conduit 56.
Les moyens 58 comprennent un joint 60 en matériau
souple réfractaire recouvrant sensiblement sa forme
initiale apres avoir été comprimé. Le joint 60 est logé
partiellement dans un canal 62 porté par l'extrémité de
~onction 52 de la buse. Le canal 62 a une forme sensible-
ment rectangulaire et s'étend suivant le contour de
l'extrémité de jonction 52 de la buse.
Le joint 60 est fixé dans le canal 62 au moyen
d'attaches amovibles 64, de type connu, traversant de
part en part les parois latérales du canal 62 et le joint
60.
Le joint 60 fait saillie a l'extérieur du canal
62 de façon à etre en contact étanche contre l'extrémité
de jonction 54 du conduit 56.
Dans l'exemple décrit le joint 60 comprend une
corde tresxée en fibres de verre de section sensiblement
rectangulaire.
Comme on peut le voir sur la figure 1, les
extrémités de jonction 52,S4 de la ~use et du conduit
comportent des chambres 52A,54A, sensiblement annulaires,
destinees à la circulation d'un liquide de refroidisse-
2~9~ D7
ment, par exemple de l'eau. Les chambres 52A,54A sontreliées à un circuit de refroidissement de type connu,
non représenté sur les figures.
Le conduit 56 comporte des moyens de déplacement
en translation horizontale, non représentés sur les
figures, destinés à le rapprocher ou à l'écarter de
l'extrémité de jonction 52 de la buse.
On a représenté sur la figure 2 un dispositif 66
reliant entre elles la cuve 12, la rehausse 22 et la
voûte 16.
Le four 10 comporte plusieurs dispositifs 66, par
exemple au nombre de quatre, régulièrement espacés
suivant le pourtour du four.
Le dispositif 66 comporte un dispositif 68 de
liaison reliant entre elles la voûte 16 et la rehausse 22
et un dispositi 70 de liaison reliant entre elles la
rehausse 22 et la cuve 12.
Le dispositif 68 comporte une bretelle 72 reliant
une nervure radiale 74 solidaire de la voûte 16 à une
ferrure 76, solidaire de la rehausse 22, s'étendant
radialement à l'extérieur de la cuve 12. Les extrémités
de la bretelle 72 sont reliées, l'une à la nervure 74 et
l'autre a la ferrure 76, au mo~en de goupilles amovibles
78,80.
Le dispositif 70 comporte une patte radiale 82,
solidaire de la cuve 12, faisant saillie à l'extérieur de
cette dernière, reliée par une goupille amovible 84 à une
extrémité recourbée de la ferrure 76.
On décrira maintenant le déplacement de la voûte
flottante 16, par exemple, en vue du chargement de la
cuve 12.
Dans un premier temps, on déplace le conduit 56
d'aspiration des fumées de façon à l'écarter de l'extré-
mité de jonction 52 de la buse 48.
20~8Q7
Ensuite, on enleve les goupilles amovibles 78 des
bretelles 72 de façon a libérer la voûte 16 de la re-
hausse 22, en rabattant les bretelles 72 par pivotement
autour des goupilles 80.
S On déplace alors la voûte 16 en la soulevant par
exemple au moyen d'une potence de levage.
Une fois la voûte 16 déplacée, on peut effectuer
le chargement de la cuve 12. La cuve 12 peut être chargée
par exemple avec de la ferraille. La section triangulaire
de la rehausse permet d'éviter que de la ferraille se
dépose sur le bord périphérique de la cuve pendant le
chargement.
On décrira maintenant la mise en place de la
voûte flottante 16 sur la cuve 12.
On déplace la voûte flottante 16 de facon à
l'amener au droit de la rehausse 22.
Sous l'effet du poids de la voûte 16 et grâce aux
berceaux 45 de stabilisation horizontale, la surface
torique 44 du bord 43 de la voûte s'emboîte sur la
surface 40 tronconique de la rehausse 22,
La surface tronconique 40 cooperant avec la
surface torique 44 assure un bon centrage de la voûte 16
par rapport à l'axe X de la cuve 12.
Lorsque la voûte 16 est en appui sur la rehausse
2S 22, le lieu de contact de la surface torique 44 et de la
surface tronconique 40 délimite a peu près une ligne
circulaire. La pression de contact sur cette ligne
circulaire est élevée, ce qui permet d'obtenir une ~onc-
tion étanche entre la voûte 16 et la cuve 12,
Dans cette configuration, l'extrémité de ~onction
52 de la buse 48 est sensiblement en regard de l'extré-
mité de ~onction 54 du conduit 56. De plus, les berceaux
45 sont espacés en hauteur du bord 43 de la voûte par un
faible jeu.
' : . :. :
2099~7
Le conduit 56 d'aspiration des fumées est ensuite
déplacé pour être mis en contact avec le joint d'étan-
chéité 60 porté par la buse 48 L ' étanchéité entre la
buse 48 et le conduit 56 est assurée en comprimant le
joint 60 contre l'extrémité de jonction 54 du conduit 56.
Les dispositifs de liaison 68 permettent de
déplacer conjointement la voûte 16 et la rehausse 22, en
particulier lorsqu'on souhaite remplacer les panneaux
refroidis 32.
Dans ce cas, avant le soulèvement de la voûte 16
par des moyens habituels, on relie la rehausse à la ~oûte
par les bretelles 72 et les goupi}les 78 et on enlève les
goupilles 84 reliant chaque ferrure 76 à la patte corres-
pondante 82. De cette façon, la rehausse 22 est simple-
ment posée sur la cuve 12 et est accrochée à la voûte 16
par les dispositifs 68.
En déplaçant la voûte 16, on deplace conjointe-
ment la rehausse 22 ce qui permet ensuite de tirer vers
le haut de la cuve les panneaux refroidis 32, en utili-
sant des moyens de levage de type connu.
On a représenté sur les figures 3 et 4 unerehausse 22 selon un second mode de réalisation de
l'invention.
Dans ce cas, la rehausse 22 ne comporte qu'une
seule chambre 22C de circulation d'un liquide de refroi-
dissement. De plus, a la différence du mode de réalisa-
tion précédant, la rehausse 22 comporte une membrane
métallique 86 élastique disposee au niveau de la zone de
jonction de la rehausse 22 avec le bord périphérique 43
de la voûte 16.
La membrane métallique 86 est fixee sur la
rehausse 22 par un moyen de type connu.
La membrane métallique 86 est susceptible de se
déformer sous l'effet ~e la pression du liquide de
3S refroidissement circulant dans la chambre 22C.
20998~7
12
Lorsque la chambre 22C n'est pas alimentée en
liquide refroidissement, la membrane métallique 86 est
légèrement ~ombée vers l'intérieur de la chambre 22C
comme cela est représenté à la figure 3.
Lorsque la chambre 22C est alimentée par du
liquide de refroidissement sous pression, la membrane
métallique 86 se déforme de façon à être appliquée contre
le bord 43 de la voûte 16 en étant bombée vers l'exté-
rieur de la rehausse 22, comme cela est représenté à la
figure 4.
De cette façon, la surface 40 de la rehausse 22,
a une forme générale tronconique et la souplesse de la
membrane permet a cette dernière de s'adapter au mieux à
la surfàce torique du bord 43, en cas de légères déforma-
tions de celui-ci.
La figure 5 montre un aùtre mode de réalisation
de la rehausse 22. Dans ce cas, la rehausse 22 a une
section suivant un plan axial de la cuve en forme de
triangle rectàngle. La surface 38 de la rehausse orientée
vers l'intérieur de la cuve est sensiblement verticale,
et la surface 40 de la rehausse orientée vers l'extérieur
de la cuve est sensiblement tronconique.
On a représenté sur la figure 6 une rehausse 22
identique a celle de la figure 1 sur laquelle est posée
une voûte 16 selon un autre mode de réalisation que celui
des figures précédentes.
Dans ce cas, la surface torique 44 du bord 43 de
la voûte s'appuie sur la surface tronconique 38 de la
rehausse orientée vers l'intérieur de la cuve.
On a représenté aux figures 7 et 8, une rehausse
22 ayant une section sensiblement semi-circulaire dans un
plan axial de la cuve. Sur ces figures, le bord périphé-
rique de la voûte 16 s'appuie sur la surface torique 88
de la rehausse 22. La rehausse 22 comporte une seule
'. ' , ' - . ' - '
209~ 7
13
chambre 22C de circulation d'un liquide de refroidisse-
ment.
Sur la figure ~, le bord périphérique 89 de la
voûte 16 comporte une jupe 90 dont la surface 92 en
S contact avec la rehausse 22 est sensiblement tronconique.
La surface 92 est portée par un cône imaginaire dont on
a représenté, en traits mixtes, une génératrice C3 sur la
figure 7. Le sommet de ce cône C3 est-situé sensiblement
au-dessous du bord périphérique 89 de la voûte.
Sur la figure 8, le bord périphérique 93 de la
voûte 16 comporte une jupe 94 dont la surface 96 en
contact avec la rehausse 22 est sensiblement tronconique.
La surface 96 est portée par un cône imaginaire dont on
a représenté, en traits mixtes, une génératrice C4 sur la
figure 8. Le sommet de ce cone C4 est situé sensiblement
au-dessus du bord périphérique 93 de la voute.
On a également représenté sur la figure 8 des
berceaux 42 pour le guidage de la voute 16 lors de sa
mise en place sur la rehausse 22.
L'invention ne se limite pas aux modes de réali-
sation décrits.
La rehausse 22 peùt etre venue de matière avec la
cuve 12.
Les chambres de circulation d'eau de refroidisse-
2S ment de la rehausse et du bord périphérique de la voute
peuvent etre supprimées.
De meme, les di~positifs reliant la voute a la
rehausse et les dispositifs reliant la rehausse à la cuve
peuvent etre supprimés ou remplacés par d'autres disposi-
tifs équivalents.
L'invention comporte de nombreux avantages.
La rehausse étant délimitée par des surfacesexternes tronconiques ou toriques, il n'y a pas d'accumu-
lation de matière, notamment de ferraille, sur le bord de
. - , ,,. . . :
'' . ~ '. , .
'' ' " . -
.
2099807 - -
14
jonction de la rehausse avec la voûte, lors du char~ement
du four.
Les surfaces jointives tronconique et torique
permettent de centrer très facilement la voute par
rapport à l'axe de la cuve du four et optimisent l'étan-
chéité entre la rehausse et la voute.
Le bon centrage de la voûte par rapport a la cuve
du four perme~t d'améliorer l'étanchéité entre la buse
d'évacuation des fumées portées par la voûte et le
conduit d'aspiration des fumées, en assurant un position-
nement précis des extrémités de jonction de cette buse et
de ce conduit.
Le joint disposé entre la buse et le conduit
d'aspiration des fumées peut être remplacé rapidement et
souvent ce qui permet de conserver à tout moment une
bonne étanchéité.
. . :. . - -
.
.
