CHARGEMENT D'UN FOUR À CUVE

Domaine technique

[0001 ] La présente invention concerne un ensemble à trappe et clapet pour une installation de chargement d'un four à cuve, tel qu'un haut-fourneau, et plus particulièrement l'ensemble de trappe et clapet utilisé dans un tel dispositif pour d'une part permettre le contrôle du chargement du four en matières solides et d'autre part éviter des fuites de gaz.

Etat de la technique

[0002] On connaît déjà différents types d'installations de chargement de four à cuve, notamment de hauts-fourneaux. Parmi ceux-ci, les installations de type « Bell less top ® » sont maintenant couramment utilisées, pour leur capacité à mieux contrôler le chargement du four et la répartition des matières chargées. De plus, le système d'étanchéité utilisé dans ces installations permet d'assurer une meilleure étanchéité aux gaz contenus sous pression dans la cuve du haut- fourneau, notamment grâce à la dissociation fonctionnelle entre d'une part les organes destinés à assurer l'étanchéité et d'autre part les organes destinés à contrôler l'introduction des matières solides dans le four.

[0003] De tels systèmes, connus par exemple par US 4,514,129 ou WO 2010/081810, comportent de manière générale un dispositif de fermeture à trappe pivotante, appelé trappe matière, pour assurer l'obturation d'une ou de plusieurs trémies de matériau et contrôler le débit de matière lors de l'ouverture de la trappe. Ce dispositif de trappe peut comporter un seul volet ou deux volets pivotant en sens inverses.

[0004] Ces systèmes comportent aussi un clapet d'étanchéité, situé en dessous de la trappe, pour empêcher la fuite des gaz du haut-fourneau vers l'extérieur de celui-ci. En position fermée, ce clapet est en appui par-dessous contre un siège fixe solidaire de l'ensemble à trappe et clapet.

[0005] La trappe matière et le clapet d'étanchéité sont montés sur un corps de l'ensemble à trappe et clapet, sur lequel est raccordée une trémie de matière solide. Ce corps comporte un passage central d'axe sensiblement vertical par lequel la matière solide tombe à l'intérieur du haut-fourneau sur une goulotte de distribution, selon la technique propre au système Bell-less top ®.

[0006] En position fermée, la trappe matière assure le soutien de la charge de matière solide contenue dans la trémie et le clapet assure l'étanchéité aux gaz.

[0007] En position d'ouverture, pendant l'introduction de matière dans le haut- fourneau, la trappe matière permet, lorsqu'elle est amenée en position ouverte par pivotement, la descente de la matière. Le clapet d'étanchéité est alors complètement éclipsé en dehors de la trajectoire des matières, de manière que les surfaces du clapet assurant l'étanchéité aux gaz ne soient pas abîmées par les matières solides lors de leur chute dans le passage central. Lors d'un chargement, le clapet d'étanchéité est d'abord ouvert, par un pivotement permettant de dégager complètement le passage, avant l'ouverture de la trappe d'alimentation en matière solide.

[0008] Typiquement, l'axe de pivotement du clapet d'étanchéité est sensiblement perpendiculaire à l'axe de pivotement du volet de la trappe, ou aux axes parallèles de pivotement des volets. La commande de pivotement de la trappe et du clapet est assurée par des actionneurs respectifs fixés sur le corps de l'ensemble à trappe et clapet. Ces actionneurs, qui peuvent être de types électriques ou hydrauliques, tels que des moteurs avec réducteurs ou des vérins, entraînent en pivotement respectivement la trappe ou les volets de trappe et le clapet, par des arbres de transmission qui traversent la paroi du corps et qui sont guidés en rotation sur ce corps par des paliers pourvus de moyens d'étanchéité.

[0009] Dans les systèmes connus actuellement, les paliers sont fixés directement sur le corps de l'ensemble à trappe et clapet. Les volets de trappe et/ou les clapets sont solidarisés aux dits arbres, à l'intérieur du corps, par des bras. Lorsqu'il est besoin d'intervenir sur la trappe ou le clapet pour réparation ou remplacement, ou réfection de l'étanchéité, il est nécessaire d'intervenir à l'intérieur du corps. Le personnel intervenant pénètre dans ce corps par une trappe de visite aménagée à cet effet dans la paroi du corps et effectue son intervention dans un espace confiné, et par ailleurs dans une atmosphère rendue dangereuse par la chaleur et la présence de gaz de haut-fourneau qui subsistent malgré l'arrêt temporaire du fonctionnement de celui-ci. Cet arrêt est nécessaire pour de telles interventions, et la durée de celles-ci conduit implicitement à une perte de production.

Objet de l'invention

[0010] La présente invention a pour but de remédier aux problèmes exposés ci- dessus et vise en particulier à proposer un ensemble à trappe et clapet permettant de limiter le plus possible la durée de ces interventions. Elle vise aussi à améliorer les conditions d'intervention sur les trappes et clapets et leurs organes d'entraînement en pivotement, pour une meilleure fiabilité des interventions et une amélioration des conditions de travail du personnel. Elle vise encore à faciliter le remplacement complet d'un ensemble de clapet ou trappe avec les actionneurs associés, par un ensemble similaire neuf ou préalablement rénové, ou par un ensemble fonctionnellement équivalent mais ayant par exemple une construction différente.

Description générale de l'invention

[001 1 ] Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un ensemble à trappe et clapet pour un dispositif de chargement d'un four à cuve, tel qu'un haut-fourneau, comportant un corps à l'intérieur duquel est placé au moins une telle trappe ou un tel clapet, entraîné en pivotement par un actionneur situé à l'extérieur du corps et relié à la trappe ou clapet par un arbre de liaison guidé dans un palier fixe par rapport au corps.

[0012] Selon l'invention, l'ensemble à trappe et clapet est caractérisé en ce que le palier et l'actionneur sont montés sur une porte démontable obturant une ouverture qui est réalisée dans la paroi du corps et dont les dimensions sont déterminées de manière que la trappe ou le clapet puissent être extraits transversalement à l'axe du corps à travers ladite ouverture.

[0013] On notera incidemment que par ledit mouvement transversal à l'axe, on comprend notamment un déplacement de la porte, et l'extraction de la trappe ou du clapet selon une direction perpendiculaire à l'axe du corps, mais aussi selon une direction inclinée par rapport à cet axe. Le déplacement de la porte, et l'extraction de la trappe ou du clapet se fait selon une direction rectiligne comprise dans un plan radial passant par l'axe du corps.

[0014] Grâce à l'invention, chaque module comportant une trappe ou un clapet avec son actionneur et ses moyens de transmission de mouvement associés, peut être désolidarisé d'une pièce du corps et extrait de celui-ci, permettant en conséquence soit un remplacement complet par un module préparé préalablement, soit une intervention directe sur le module extrait, mais situé alors dans un environnement plus spacieux et offrant de meilleures conditions de travail.

[0015] Dans les systèmes de l'art antérieur, une intervention à réaliser sur une trappe ou un clapet ne peut être effectuée qu'à l'intérieur du corps. S'il est nécessaire d'intervenir sur les moyens de transmission de mouvement, par exemple sur l'arbre reliant le clapet, ou la trappe, à son actionneur, il est nécessaire de pénétrer d'abord à l'intérieur du corps pour démonter au préalable le clapet ou la trappe et le bras qui le lie à l'arbre, avant de pouvoir extraire ledit arbre vers l'extérieur. Comparativement à cela, l'invention permet d'effectuer toutes ces opérations sans aucune intervention à l'intérieur du corps.

[0016] Dans le cas d'un remplacement complet, le module de remplacement peut être un module identique neuf ou rénové, et ce remplacement permet d'assurer un temps d'intervention, et donc d'arrêt de production, réduit à son minimum. Alternativement, le module extrait est mis à disposition à l'extérieur du corps, sur un plancher de travail où le personnel dispose d'une surface de travail très nettement supérieure à l'espace confiné de l'intérieur du corps. Toutes les opérations de remplacement ou de réparation des différentes pièces en sont grandement facilitées, et réalisable dans des conditions de visibilité fortement améliorées, les interventions pouvant être effectuées par exemple sous un éclairage naturel facilitant la détection des détériorations des trappes ou clapets et leur réparation. De plus, il n'est pas nécessaire de déconnecter les circuits d'alimentation électrique ou hydraulique des actionneurs, ce qui simplifie aussi les interventions requises.

[0017] De plus encore, l'accès à l'intérieur du corps et la visibilité sont fortement améliorés du fait que les trappes et clapets peuvent en être extraits totalement, et ne constituent plus d'obstacles ni à une bonne vision de l'intérieur du corps, ni a des déplacements du personnel susceptible d'intervenir à l'intérieur dudit corps.

[0018] L'invention permet aussi de supprimer le risque qu'une fausse manœuvre entraîne un pivotement des clapets ou trappes alors que du personnel se trouverait à l'intérieur du corps.

[0019] Selon une disposition particulière, la porte est montée coulissante par rapport au corps, de manière que, après désolidarisation d'avec ledit corps, tout le module puisse être extrait par simple coulissement vers l'extérieur, selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe général du passage central ménagé dans le corps. Préférentiellement à cette fin, l'ensemble comporte des rails de guidage sensiblement horizontaux, ou légèrement inclinés, qui sont préférentiellement fixés sur le corps, de manière permanente ou amovible, et la porte comporte des coulisseaux ou chariots adaptés pour se déplacer sur les rails, jusque dans une position extrême où une butée évite tout dégagement hors des rails. La longueur des rails est déterminée de manière que le module puisse être déplacé sur une distance au moins suffisante pour assurer une extraction totale des clapets ou trappes hors du corps. Il est alors possible d'intervenir sur tout organe du module, alors que celui-ci reste soutenu sur les rails. Il est aussi possible de combiner la translation du module, lors de son extraction, avec un certain pivotement de celui-ci, de manière par exemple à faciliter le passage de la trappe ou du clapet à travers l'ouverture.

[0020] Selon une disposition alternative, permettant de s'affranchir au besoin de l'encombrement des rails précités, les portes comportent des moyens de liaison pour y fixer, de manière permanente ou provisoire, un bras de démontage, comportant un contrepoids, destiné à permettre la manutention de chaque module par un appareil de levage. Le bras de démontage et son contrepoids comportent des anneaux d'accrochage permettant d'accrocher le module à l'appareil de levage par son intermédiaire, en assurant l'équilibre du module de manière qu'il puisse être extrait du corps sensiblement horizontalement, ou au moins dans une position garantissant le libre passage du clapet ou trappe à travers l'ouverture ménagée dans la paroi du corps. Brève description des dessins

[0021 ] D'autres particularités, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent:

Fig. 1 : une vue en perspective d'un ensemble conforme à l'invention, en position d'utilisation ;

Fig. 2: une vue similaire à la figure 1 , dans laquelle les deux modules sont en position de retrait hors du corps ; et

Fig. 3: une vue une vue en perspective d'un ensemble conforme à l'invention, selon un deuxième mode de réalisation, les deux modules étant en position de retrait hors du corps.

Description d'une exécution préférée

[0022] L'ensemble à trappe et clapet représenté aux figures 1 et 2 comporte un corps 1 ménageant un passage central 1 1 , d'axe A sensiblement vertical, pour les matériaux de chargement du haut-fourneau et pourvu d'une bride supérieure 12 et d'une bride inférieure 12' destinées à la fixation du corps sur l'installation de chargement dudit haut-fourneau, non représentée. Il comporte un module 2 de trappe matière et un module 3 de clapet d'étanchéité, disposés sensiblement décalés de 90° autour de l'axe A.

[0023] Dans l'exemple présenté, le module 2 de trappe matière comporte une trappe 21 à deux volets 21 1 pivotants en sens inverses l'un de l'autre. Chaque volet est porté par un bras 22, les deux bras 22 étant montés sur les extrémités d'arbres de transmission, d'axes 23 parallèles, les arbres étant montés dans des paliers regroupés dans un ensemble de paliers 24, et entraînés en pivotement des sens inverses par un actionneur 25, de type connu en soi. Le module de trappe matière pourrait aussi ne comporter qu'un seul volet pivotant.

[0024] Les paliers 24 et l'actionneur 25 sont montés sur une porte 26 adaptée pour fermer de manière étanche, par exemple par un système de bride 261 , une ouverture 13 ménagée dans la paroi du corps 1 , les dimensions de l'ouverture 13 étant déterminées de manière à être suffisantes pour permettre le passage de l'ensemble de la trappe avec ses bras de commande assemblés sur les arbres 23, dans leur position d'utilisation courante. C'est-à-dire que, comme on le voit bien figure 2, la trappe 21 peut passer librement dans l'ouverture 13 lorsque le module 2 est déplacé radialement vers l'extérieur du corps, sans qu'il soit besoin de démonter préalablement les volets ou les bras.

[0025] Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, des rails parallèles 14 sont fixés sur le corps 1 , de part et d'autre de l'ouverture 13, et la porte 26 comporte des chariots 262 adaptés pour rouler ou coulisser sur les rails 14 de manière à guider le module 2 en translation sur les rails selon une direction radiale. Les chariots sont réalisés et disposés de manière que le poids de l'ensemble du module soit supporté par les rails et que le module soit guidé sur les rails en évitant tout risque de basculement, qui pourrait résulter du porte-à-faux créé par la trappe. De plus, des butées 141 sont prévues sur les extrémités des rails pour éviter tout risque de coulissement excessif du module 2.

[0026] Le module 3 de clapet d'étanchéité est réalisé de manière similaire au module 2. Il comporte un clapet 31 pivotant porté par un bras 32 monté sur l'extrémité d'un arbre de transmission, d'axe 23, cet arbre étant monté dans un palier 34, et entraîné en pivotement par un actionneur 35, de type connu en soi.

[0027] Le palier 34 et l'actionneur 35 sont montés sur une porte 36 adaptée pour fermer de manière étanche, par exemple par un système de bride, une ouverture 15 ménagée dans la paroi du corps 1 , les dimensions de l'ouverture 15 étant déterminées de manière à être suffisantes pour permettre le passage de l'ensemble du clapet 31 monté sur son bras de commande 32 et assemblé sur l'arbre 33, dans leur position d'utilisation courante. C'est-à-dire que le clapet 31 peut passer librement dans l'ouverture 15 en restant fixé sur le bras 32 et donc lié à la porte 36, lorsque le module 3 est déplacé radialement vers l'extérieur du corps.

[0028] Comme pour le module 2, des rails parallèles 16 sont fixés sur le corps 1 , de part et d'autre de l'ouverture 15, et la porte 36 comporte des chariots 362 adaptés pour rouler ou coulisser sur les rails 16 de manière à guider le module 3 en translation sur les rails selon une direction radiale. Les chariots sont réalisés et disposés de manière que le poids de l'ensemble du module soit supporté par les rails et que le module soit guidé sur les rails en évitant tout risque de basculement, qui pourrait résulter du porte-à-faux créé par le clapet 31 . De plus, des butées 161 sont prévues sur les extrémités des rails pour éviter tout risque de coulissement excessif du module 3.

[0029] Dans la position de fonctionnement courant du haut-fourneau, les modules 2 et 3 sont assemblés par bridage des portes 26 et 36 sur le corps 1 , à la périphérie des ouvertures respectives 13, 15, comme représenté figure 1 . Lorsqu'il est nécessaire d'intervenir sur un organe quelconque d'un des modules, situé à l'intérieur du corps, il suffit de débrider la porte puis de faire coulisser le module complet sur les rails, jusqu'à dégager entièrement la trappe ou le clapet hors du corps comme représenté figure 2. Il est alors possible et aisé d'intervenir sur tout élément du module pour le réparer ou le remplacer. Il est aussi possible d'enlever aisément le module complet, en le dégageant de ses rails par tout moyen de manutention adapté, pour le remplacer par un autre module similaire.

[0030] Le mode de réalisation représenté figure 3 est particulièrement destiné à des installations où il ne serait pas possible de monter des rails de guidage comme dans le mode de réalisation décrit précédemment.

[0031 ] Dans ce cas, les modules 2 et 3, sont réalisés de manière identique à ce qui a été décrit précédemment, mais il n'y a pas de rails de guidage permettant de supporter et faire coulisser ces modules. En conséquence, des moyens de levage annexes devront être utilisés. Pour que la trappe ou le clapet puisse passer dans l'ouverture du corps sans heurter ou rester coincés dans l'ouverture, il est nécessaire de maintenir l'orientation adéquate du module, c'est-à-dire le plan de la porte restant sensiblement vertical, ou la direction générale des axes de pivotement du clapet ou de la trappe restant sensiblement horizontale. Pour conserver cette orientation générale du module lors de son extraction, et donc éviter un basculement provoqué par le porte-à-faux généré par la trappe ou le clapet, un bras de manutention 5, 6 est fixé sur la porte 26, 36 par des pattes de fixation 51 , 61 , de manière fixe ou démontable, et le bras comporte un contrepoids 52, 62. La position des anneaux de levage, ou similaires, sur le module et le bras, et la masse du contrepoids, sont prédéterminées pour assurer l'équilibrage de l'ensemble, et le maintien dans la position adéquate de retrait ou de remise en place des modules, comme représentée à la figure 3. [0032] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits précédemment uniquement à titre d'exemple. En particulier, elle peut s'appliquer à d'autres types de trappes ou clapets, et à d'autres dispositions de ceux-ci sur le corps de l'ensemble à trappe et clapet.