FR2852089A1 - Door stopper for the sealed closure of the slag scouring door of an electric furnace which fits into a housing of the same shape in the upper part of the furnace hearth - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention objet de la présente demande consiste en un bouchon refroidiThe invention which is the subject of the present application consists of a cooled stopper
capable deable to
rendre la porte de décrassage d'un four à arcs étanche; elle apporte, entre autres avantages, des économies d'énergie et des améliorations de la productivité du four. sealing the scouring door of an arc furnace; among other benefits, it provides energy savings and improvements in oven productivity.
La porte de décrassage d'un four à arcs alimenté en courant alternatif comme en 5 courant continu est un orifice de plus d'un mètre carré situé dans la paroi latérale du four, aussi appelé haut de cuve, obturé par une porte coulissante actionnée pneumatiquement, hydrauliquement ou électriquement. Le principal inconvénient de cette porte de décrassage est qu'il est très difficile d'avoir une étanchéité correcte et qu'elle est trop fréquemment maintenue ouverte, en totalité ou en partie, au cours du cycle normal de production. Les 10 entrées d'air, amplifiées par le système de captage des fumées, produisent des pertes thermiques pouvant atteindre 8% de la consommation d'énergie électrique. The scouring door of an arc furnace supplied with alternating current as well as direct current is an orifice of more than one square meter located in the side wall of the furnace, also called the top of the tank, closed by a sliding door actuated pneumatically. , hydraulically or electrically. The main drawback of this scouring door is that it is very difficult to have a correct seal and that it is too frequently kept open, in whole or in part, during the normal production cycle. The 10 air inlets, amplified by the smoke collection system, produce thermal losses of up to 8% of the electrical energy consumption.
Un inconvénient secondaire de la porte de décrassage est que sa conception impose un seuil de porte important à l'intérieur du four, sur lequel s'accumule de 500 kg à 1 tonne de ferrailles au cours du chargement des paniers et que ces ferrailles, éloignées du centre du four, 15 deviennent de toutes celles chargées au four les plus difficile à fondre. Dans les fours à courant alternatif la porte de décrassage est de plus installée dans une zone plutôt froide du four et la fusion des ferrailles qui sont sur le seuil de la porte de décrassage est d'autant plus retardée. A secondary drawback of the scouring door is that its design imposes a significant door threshold inside the oven, on which accumulates from 500 kg to 1 ton of scrap during the loading of the baskets and that these scrap, distant from the center of the oven, 15 become of all those loaded in the oven the most difficult to melt. In alternating current ovens the scouring door is also installed in a rather cold zone of the oven and the melting of the scrap metal which is on the threshold of the scouring door is all the more delayed.
Il est traditionnellement reconnu que la porte de décrassage: - est utile à l'évacuation du laitier du four, comme son nom l'indique, - est nécessaire à l'injection d'oxygène et de carbone dans le four par des lances, consommables ou non, pour accélérer la fusion des ferrailles et obtenir la décarburation du bain d'acier, - est utile pour introduire des matières secondaires dans le four par un dispositif du 25 type chargeuse, - sert de porte de visite pour inspecter, de l'extérieur, l'état d'usure des réfractaires et des parois intérieurs du four entre deux cycles de coulée. It is traditionally recognized that the scouring door: - is useful for removing slag from the oven, as its name suggests, - is necessary for the injection of oxygen and carbon into the oven by lances, consumable or not, to accelerate the melting of scrap and to obtain decarburization of the steel bath, - is useful for introducing secondary materials into the furnace by a device of the loader type, - serves as an inspection door for inspecting, exterior, the state of wear of the refractories and the interior walls of the furnace between two casting cycles.
En fait, la porte de décrassage a pour fonction principale l'évacuation du laitier du creuset du four vers le cuvier à laitier ou le sol et les quantités à évacuer comme les débits 30 instantanés ne nécessitent pas une ouverture de cette taille. Le laitier peut être évacué du four par un orifice de section voisine d'un décimètre carré et en cas de moussage de ce laitier le volume intérieur du four contient facilement le laitier moussant tant que sa masse spécifique reste supérieure à 0,12 tonne par mètre cube; pour des coulées de 120 tonnes de métal liquide il y a 12 tonnes de laitier avec un volume disponible de 100 mètres cubes dans la partie " haut - 2 de cuve " soit une masse spécifique de 0,12 tonnes par mètre cube pour remplir tout l'espace disponible; avoir un laitier de masse spécifique inférieure est très exceptionnel et dans ce cas la réduction de la puissance électrique limite instantanément le moussage du laitier. In fact, the main function of the scouring door is the evacuation of the slag from the crucible from the furnace to the slag tank or the ground and the quantities to be evacuated such as the instantaneous flows do not require an opening of this size. The slag can be evacuated from the oven through an orifice with a section close to a square decimetre and in the event of foaming of this slag the interior volume of the furnace easily contains the foaming slag as long as its specific mass remains greater than 0.12 tonnes per meter cube; for flows of 120 tonnes of liquid metal there are 12 tonnes of slag with an available volume of 100 cubic meters in the "top - 2 of tank" part, ie a specific mass of 0.12 tonnes per cubic meter to fill all 'available space; having a slag with a lower specific mass is very exceptional and in this case the reduction in electrical power instantly limits the foaming of the slag.
Les autres fonctions traditionnelles assurées par la porte de décrassage comme 5 l'introduction des lances d'injection d'oxygène et de carbone, l'introduction de matières secondaires par une chargeuse et l'observation des réfractaires peuvent être remplies par d'autres moyens ou d'autres méthodes, dont certaines sont actuellement en service industriel, qu'il n'est pas nécessaire de développer ici. The other traditional functions performed by the scouring door such as the introduction of oxygen and carbon injection lances, the introduction of secondary materials by a loader and the observation of the refractories can be fulfilled by other means. or other methods, some of which are currently in industrial service, which need not be developed here.
Pour palier aux inconvénients cités ci-dessus entraînés par l'existence de la porte de 10 décrassage l'invention, en venant boucher de façon efficace le trou de la porte dans le haut de cuve, permet: - de réduire la surface de l'ouverture dans la cuve du four; le bouchon de porte obture un orifice, soit carré soit semi-circulaire, de un cinquième à un demi mètre carré aménagé dans le haut de cuve du four en lieu et place de la porte 1 5 conventionnelle; - d'obturer ce trou de façon étanche; le bouchon est appliqué par sa face supérieure et ses faces latérales au haut de cuve du four dont les renforts sont aménagés pour épousés la forme du bouchon; les faces d'appui sont garnies de plaque de fonte ou de graphite pour assurer un bon positionnement du bouchon de porte et ainsi une 20 bonne étanchéité en position fermée; la face inférieure du bouchon s'appui sur le garnissage réfractaire du seuil de porte, garnissage entretenu par les opérateurs en hauteur et en planéité; - d'ouvrir partiellement le passage dans le haut de cuve entre l'intérieur du four et l'extérieur; le bouchon de porte reste de préférence appuyé par sa face supérieure 25 sur la paroi correspondante du haut de cuve du four, en créant un passage rectangulaire et horizontal entre la face inférieure du bouchon de porte et le seuil de décrassage pour l'évacuation du laitier, tout en limitant les entrées d'air; - de faire en sorte que l'obturation du passage par le bouchon atteigne l'intrados des panneaux refroidis à l'eau du haut de cuve du four; le seuil de la porte est alors 30 réduit à son minimum et il n'existe plus d'accumulation de ferrailles difficile à fondre. To overcome the above-mentioned drawbacks caused by the existence of the cleaning door, the invention, by effectively sealing the door hole in the top of the tank, makes it possible: - to reduce the surface of the opening in the oven bowl; the door stopper closes an orifice, either square or semi-circular, from one fifth to one half square meter arranged in the top of the furnace tank in place of the conventional door 1 5; - to seal this hole tightly; the stopper is applied by its upper face and its lateral faces to the top of the furnace tank, the reinforcements of which are arranged to match the shape of the stopper; the bearing faces are lined with cast iron or graphite plate to ensure correct positioning of the door stopper and thus good sealing in the closed position; the underside of the plug rests on the refractory lining of the door threshold, lining maintained by the operators in height and flatness; - partially open the passage at the top of the tank between the inside of the oven and the outside; the door stopper preferably remains supported by its upper face 25 on the corresponding wall of the top of the oven tank, creating a rectangular and horizontal passage between the lower face of the door stopper and the scouring threshold for slag removal. , while limiting the air intake; - to ensure that the closure of the passage through the plug reaches the lower surface of the water-cooled panels at the top of the oven tank; the threshold of the door is then reduced to its minimum and there is no longer any accumulation of scrap metal which is difficult to melt.
Le brevet FR 2674946 " Four électrique de production de métal " mentionne bien une transformation de la porte de décrassage pour utiliser un bouchon réfractaire qui affleure une extension de la partie réfractaire du revêtement de la cuve du four. Ce bouchon réfractaire a pour inconvénient de venir se coller aux parois du trou dans lequel il rentre et ce d'autant plus qu'il a une forme parallélépipédique qui doit venir s'ajuster dans un logement approximativement de même forme et s'en extraire. Patent FR 2674946 "Electric metal production oven" mentions a transformation of the scouring door to use a refractory plug which is flush with an extension of the refractory part of the lining of the furnace tank. This refractory plug has the drawback of sticking to the walls of the hole into which it enters, and all the more so since it has a parallelepiped shape which must fit into a housing of approximately the same shape and be extracted therefrom.
L'invention porte sur la mise en place d'un bouchon prismatique ou tronconique, de 5 forme mâle, dans un logement de forme femelle qui lui est identique et aménagé dans le haut de cuve du four électrique,. Ce bouchon, métallique, est refroidi à l'eau; ce refroidissement est de conception similaire à celle des panneaux refroidis à l'eau qui garnissent l'intérieur du haut de cuve du four. La face intérieure au four est éventuellement renforcée par des picots qui y sont soudés pour avoir un meilleur accrochage du laitier, une meilleure tenue aux chocs 10 des ferrailles et une faible sensibilité aux amorçages électriques. Un revêtement céramique est envisagé comme une variante à la conception de base. The invention relates to the installation of a prismatic or frustoconical plug, of male form, in a female-shaped housing which is identical to it and arranged in the top of the tank of the electric oven. This metallic stopper is cooled with water; this cooling is similar in design to that of the water-cooled panels which line the interior of the top of the oven bowl. The interior face of the furnace is possibly reinforced by pins which are welded to it to have a better attachment of the slag, a better resistance to shocks 10 of scrap and a low sensitivity to electric priming. A ceramic coating is envisaged as an alternative to the basic design.
Ce bouchon garde une certaine mobilité sur son support pour pouvoir se mettre en place dans son logement qui est sujet à des déformations au cours du temps et dont la position par rapport au plancher de travail dépend de l'inclinaison du four; en effet le four est le plus 15 souvent en position horizontale mais il peut être incliné de quelques degrés, en avant ou en arrière, pendant une partie du cycle de coulée, période pendant laquelle le bouchon doit assurer l'étanchéité de la porte de décrassage. La mobilité du bouchon est obtenue grâce à une liaison articulée à axe horizontal avec: - un jeu vertical par une liberté de pivotement, toutefois limitée à quelques degrés 20 autour de cet axe, - un jeu horizontal de plusieurs centimètres par glissement le long du même axe. This plug retains a certain mobility on its support in order to be able to be placed in its housing which is subject to deformations over time and whose position relative to the working floor depends on the inclination of the oven; in fact the oven is most often in a horizontal position but it can be tilted a few degrees, forwards or backwards, during part of the casting cycle, period during which the plug must seal the scouring door . The mobility of the plug is obtained thanks to an articulated connection with a horizontal axis with: - a vertical clearance by a freedom of pivoting, however limited to a few degrees 20 around this axis, - a horizontal clearance of several centimeters by sliding along the same axis.
Pour donner plus de liberté aux mouvements du bouchon de porte et pour que sa mise en place se fasse four déformé ou incliné de quelques degrés, le mécanisme de manutention possède des moyens d'ajustement et de contrôle de position qui sont des embiellages ou des 25 boîtes à ressort ou des vérins hydrauliques ou tout autre moyen mécanique équivalent. To give more freedom to the movements of the door stopper and so that it is placed in a deformed or tilted oven by a few degrees, the handling mechanism has position adjustment and control means which are connecting rods or 25 spring boxes or hydraulic cylinders or any other equivalent mechanical means.
Pour l'ouverture de la porte, l'enlèvement du bouchon de porte se fait par le mécanisme de manutention qui supporte le bouchon et l'écarte de sa position normale de travail. Le mouvement est soit rectiligne avec un chariot qui se déplace dans l'axe de la porte, soit rotatif avec une potence placée sur le plancher fixe ou le plancher mobile du four. Le 30 chariot assure aisément un positionnement précis du bouchon qui se déplace alors dans un plan vertical. Dans le cas d'une potence quand l'axe de rotation est vertical le bouchon se déplace dans un plan horizontal quand l'axe de rotation est vertical; quand l'axe de rotation est incliné le mouvement a lieu dans un plan incliné ou même courbe pour permettre le dégagement immédiat du seuil de la porte en pivotant vers le haut. To open the door, the door plug is removed by the handling mechanism which supports the plug and moves it from its normal working position. The movement is either rectilinear with a carriage which moves in the axis of the door, or rotary with a bracket placed on the fixed floor or the movable floor of the oven. The carriage easily ensures precise positioning of the plug which then moves in a vertical plane. In the case of a bracket when the axis of rotation is vertical the plug moves in a horizontal plane when the axis of rotation is vertical; when the axis of rotation is inclined the movement takes place in an inclined or even curved plane to allow immediate release of the door threshold by pivoting upwards.
Dans une conception particulière la mise en place du bouchon et son enlèvement se font en suivant la partie supérieure inclinée de son logement dans le haut de cuve pour laisser un espace sous le bouchon de porte, espace par lequel le laitier du four est évacué, sans avoir une ouverture complète de la porte. In a particular design, the installation of the stopper and its removal is done by following the inclined upper part of its housing in the top of the tank to leave a space under the door stopper, space through which the slag from the oven is evacuated, without have a full door opening.
Dans la position fermée le bouchon de porte est équipé de deux moyens auxiliaires, - l'un pour son maintient en position sur le haut de cuve, un clamage par exemple, qui libère le mécanisme du maintien du bouchon de porte d'un effort permanent, - l'autre pour exercer un effort d'arrachement à son ouverture, comme un vérin hydraulique par exemple, le laitier qui tapisse l'intérieur du four exerçant une 10 éventuelle retenue du bouchon de porte en position fermée. In the closed position the door stopper is equipped with two auxiliary means, - one for keeping it in position on the top of the tank, a clamming for example, which frees the mechanism for holding the door stopper from a permanent effort , - the other to exert a tearing force at its opening, such as a hydraulic cylinder for example, the slag which lines the interior of the oven exercising a possible retention of the door stopper in the closed position.
Dans une variante le bouchon de porte peut comporter un orifice de passage d'une lance d'injection ou d'une lance de mesure de température ou de prise d'échantillon, au détriment d'une étanchéité moins bonne. In a variant, the door stopper may include an orifice for the passage of an injection lance or a temperature measurement or sample taking lance, to the detriment of a poorer seal.
Dans une autre variante la face inférieure du bouchon de porte est constituée d'une 15 pièce en matériau réfractaire peu sensible au contact du métal en cas de débordement intempestif de celui-ci. In another variant, the underside of the door stopper consists of a piece of refractory material that is not very sensitive to contact with the metal in the event of untimely overflow of the latter.
Un tel bouchon de porte apporte des économies d'énergie électrique et fossile, une meilleure homogénéité de la fusion des ferrailles dans le four, une réduction de la capacité de captage des fumées et conséquemment une amélioration de la productivité du four.. Such a door stopper brings savings in electrical and fossil energy, better homogeneity of the melting of scrap in the oven, a reduction in the capacity for capturing the fumes and consequently an improvement in the productivity of the oven.
Une description d'une réalisation possible du dispositif objet du présent brevet d'invention permet de mieux comprendre ses caractéristiques. A description of a possible embodiment of the device which is the subject of this invention patent makes it possible to better understand its characteristics.
La figure 1 représente, vue de dessus et en élévation en coupe, le bouchon de porte objet du présent brevet d'invention. Figure 1 shows, top view and in sectional elevation, the door stopper object of this patent.
La figure 2 représente, vue en plan une coupe de la partie du four correspondant à la 25 porte de décrassage avec le bouchon de porte en position " fermé " et une potence de manutention du bouchon de porte. FIG. 2 represents, in plan view, a section of the part of the oven corresponding to the cleaning door with the door stopper in the "closed" position and a handle for handling the door stopper.
La figure 3 représente vue en élévation la même partie de cuve avec le bouchon de porte en position " fermé ". Figure 3 shows an elevational view of the same part of the tank with the door stopper in the "closed" position.
Le bouchon de porte 1, prismatique, comme représenté sur les figures 1, 2 et 3 est un 30 ensemble métallique refroidi à l'eau par un tube en acier 10 enchâssé dans des plaques 11 pour assurer un bon contact avec le logement aménagé dans le haut de cuve 6. Le bouchon de porte 1 est supporté et maintenu en place par l'intermédiaire du support 2 non refroidi, animé par le support 3, de deux mouvements dans l'axe de la porte, l'un vertical et l'autre horizontal grâce aux biellettes de suspension 31 et 32 et d'un mouvement latéral d'évacuation de l'ensemble vers une position de parking par rotation du bras 4. The door plug 1, prismatic, as shown in FIGS. 1, 2 and 3 is a metal assembly cooled by water by a steel tube 10 embedded in plates 11 to ensure good contact with the housing arranged in the top of tank 6. The door plug 1 is supported and held in place by means of the uncooled support 2, driven by the support 3, with two movements in the axis of the door, one vertical and the another horizontal thanks to the suspension links 31 and 32 and a lateral movement for evacuating the assembly to a parking position by rotation of the arm 4.
Le bouchon de porte 1 a une forme prismatique qui vient épouser la structure 6 du haut de cuve du four, garni de panneaux refroidis 61 et le seuil de porte 5 constitué des réfractaires 5 62 qui garnissent la structure 63 du bas de cuve. L'intrados du bouchon de porte 1 est à 5 centimètres près au niveau de l'intrados des panneaux refroidis 61 réduisant la surface du seuil de porte 5 susceptible de recevoir de la ferraille. L'intrados du bouchon de porte 1 peut être en contact avec la ferraille chargée pour être fondue. The door stopper 1 has a prismatic shape which matches the structure 6 of the top of the furnace tank, lined with cooled panels 61 and the door threshold 5 consisting of refractories 5 62 which line the structure 63 of the bottom of the tank. The lower surface of the door stopper 1 is within 5 centimeters at the lower surface of the cooled panels 61 reducing the area of the door threshold 5 capable of receiving scrap metal. The lower surface of the door stopper 1 can be in contact with the loaded scrap to be melted.
Les surfaces de contact entre le bouchon de porte 1 et le haut de cuve 6 sont jointives 10 dans les plans 12, 13 et 14. Ces plans de contact 12, 13 et 14 sont à faible coefficient de frottement pour faciliter la mise en place du bouchon de porte 1 dans le haut de cuve 6. Dans un mode de construction les mouvements des supports 2 et 3, commandés par les biellettes 31 et 32 sont tels que la surface supérieure du bouchon de porte 1 vient d'abord s'appuyer sur la surface 12 puis en glissant sur cette surface vient s'appliquer sur les parois 13 et 14 et sur le 15 seuil de porte 5. The contact surfaces between the door plug 1 and the top of the tank 6 are contiguous 10 in the planes 12, 13 and 14. These contact planes 12, 13 and 14 have a low coefficient of friction to facilitate the positioning of the door stopper 1 in the top of the tank 6. In a construction method, the movements of the supports 2 and 3, controlled by the rods 31 and 32 are such that the upper surface of the door stopper 1 comes first to bear on the surface 12 then by sliding on this surface is applied to the walls 13 and 14 and to the door threshold 15.
Les clames 23 solidaires du support 2 de l'ensemble du bouchon de porte 1 viennent accrocher les renforts 65 de la cuve 6 pour assurer le maintient en position fermée du bouchon de porte 1 pendant les cycles de production du four électrique. La commande de ces clamages, ouverture et fermeture, est faite par 2 vérins hydrauliques 25 installés dans le 20 support 2 du bouchon de porte 1. The clamps 23 secured to the support 2 of the assembly of the door plug 1 hook the reinforcements 65 of the tank 6 to ensure that the door plug 1 is kept in the closed position during the production cycles of the electric oven. The control of these clamings, opening and closing, is made by 2 hydraulic cylinders 25 installed in the support 2 of the door stopper 1.
Le mécanisme 26 permet de tirer en arrière le bouchon de porte 1 après ouverture du clamage par l'intermédiaire des 2 vérins hydrauliques 24. Le bouchon de porte 1 est alors escamoté par le support 3 et la potence 4: la porte de décrassage est alors ouverte. The mechanism 26 allows the door plug 1 to be pulled back after opening the clamage by means of the 2 hydraulic cylinders 24. The door plug 1 is then retracted by the support 3 and the bracket 4: the scouring door is then opened.
La protection des organes hydraulique contre les contraintes thermiques n'est pas 25 représentée sur les figures 1, 2 et 3 pour rendre la présentation plus claire. The protection of the hydraulic members against thermal stress is not shown in FIGS. 1, 2 and 3 to make the presentation clearer.
La potence 4 pivote autour de son fût 41, commandé par un système de rotation du type électrique 42, d'un angle supérieur à 90 en vue d'obtenir un bon dégagement devant la porte de décrassage ouverte. - 6 The bracket 4 pivots around its barrel 41, controlled by an electrical type rotation system 42, by an angle greater than 90 in order to obtain good clearance in front of the open scouring door. - 6
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