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Title:
DEVICE FOR LOADING A SHAFT FURNACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/002770
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a loading device for a shaft furnace comprising a chute which is supported by a suspension rotor (28) in a fixed casing. The rotor (28) supports a cooling circuit which is supplied with a cooling liquid by means of an annular swivel fitting (44). Said fitting comprises a fixed ring (60) and a rotary ring (62) and it is installed in an annular leak collection tank (46) which is formed by the suspension rotor (28). The fixed ring (60) is supported by the casing (12). The rotary ring (62) is supported solely by the fixed ring (60) by means of a bearing (64). Selective coupling means (65, 66) are used to connect the rotary ring (62) to the suspension rotor (28) in such a way as to transmit selectively a turning moment from the rotor (28) to the rotary ring (62), while preventing the transmission of other forces from the rotor (28) to the rotary ring (62).

Inventors:
LONARDI EMILE (LU)
CIMENTI GIOVANNI (LU)
Application Number:
PCT/EP2002/006682
Publication Date:
January 09, 2003
Filing Date:
June 18, 2002
Export Citation:
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Assignee:
WURTH PAUL SA (LU)
LONARDI EMILE (LU)
CIMENTI GIOVANNI (LU)
International Classes:
C21B7/20; F27B1/20; (IPC1-7): C21B7/20
Domestic Patent References:
WO1999028510A11999-06-10
Foreign References:
US4526536A1985-07-02
US5252063A1993-10-12
DE3809533A11988-10-06
Attorney, Agent or Firm:
Schmitt, Armand (B.P. 48 23, route d'Arlon Strassen, LU)
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Claims:
Revendications
1. Dispositif de chargement pour un four à cuve comprenant : un carter (12) à monter sur la tte du four à cuve ; un rotor de suspension (28) suspendu de façon rotative dans ledit carter (12) ; une goulotte de chargement (10) suspendue dans ledit rotor de suspension (28) ; au moins un circuit de refroidissement (42) porté par ledit rotor de suspen sion (28) ; un raccord tournant (44) annulaire pour alimenter ledit circuit de refroidisse ment (42) avec un liquide de refroidissement, ledit raccord tournant (44) annulaire comprenant une bague fixe (60) portée par ledit carter (12), une bague rotative (62) en rotation avec ledit rotor de suspension (28), et des moyens de roulement (32) entre ladite bague fixe (60) et ladite bague rota tive (62), ladite bague fixe (60) et ladite bague rotative (62) coopérant de façon à définir une interface cylindrique dans laquelle au moins une rainure annulaire (74,74') assure un transfert d'un liquide de refroidissement sous pression entre ladite bague fixe (60) et ladite bague rotative (62) ; et des moyens de raccord (84,108, 84', 108') connectés entre ladite bague rotative (62) et ledit rotor de suspension (28) pour assurer le transfert du liquide de refroidissement de ladite bague rotative (62) audit rotor de sus pension (28) ; caractérisé en ce que ledit raccord tournant (44) annulaire est monté à l'intérieur du carter (12) dans un bac annulaire de collecte de fuites (46) qui est formé par ledit rotor de suspension (28) ; ladite bague rotative (62) est supportée exclusivement par ladite bague fixe (60) par l'intermédiaire desdits moyens de roulement (64) ; des moyens d'accouplement (65,66) sélectifs accouplent ladite bague rota tive (62) audit rotor de suspension (28) de façon à transmettre sélectivement un moment de rotation dudit rotor de suspension (28) à ladite bague rotative (62), tout en empchant une transmission d'autres efforts dudit rotor de sus pension (28) à ladite bague rotative (62) ; et lesdits moyens de raccord (84,108, 84', 108') comprennent au moins un élément tubulaire déformable, de façon à ce que lesdits moyens de raccord (84,108, 84', 108') forment une connexion non rigide entre ladite bague rotative (62) et ledit rotor de suspension (28).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par : une première rainure annulaire (74) agencée dans ladite interface cylindri que pour assurer un transfert du liquide de refroidissement de ladite bague fixe (60) à ladite bague rotative (62) ; et une deuxième rainure annulaire (74') agencée dans ladite interface cylindri que pour assurer un transfert du liquide de refroidissement de ladite bague rotative (62) à ladite bague fixe (60).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que : ledit au moins un circuit de refroidissement (42) comprend au moins une conduite de décharge ; le carter (12) comprend un bac annulaire fixe (136) de collecte du liquide de refroidissement ; ladite conduite de décharge (140) débouche dans ledit bac annulaire fixe (136) lors de la rotation dudit rotor de suspension (28) ; et des moyens d'évacuation sont associés audit bac annulaire fixe pour éva cuer le liquide de refroidissement endehors du carter (12).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par des moyens de drainage (134,136, 138) qui sont connectés audit bac annu laire de collecte de fuites (46) pour évacuer le débit de fuite collecté par celuici de façon contrôlée endehors dudit carter (12).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : ladite bague fixe (60) est portée par une bride annulaire (22) fixée sur ledit carter (12) ; et ledit bac annulaire de collecte de fuites (46) comprend des bords supérieurs (48,50) qui coopèrent avec ladite bride annulaire (22) pour définir des joints labyrinthes (52,54).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de raccord (84,108, 84', 108') comprennent : au moins un raccord d'accouplement (84,84') flexible et axialement com pressible, qui est porté par ladite bague rotative (62) et comprend une tte d'accouplement (102) ; et un siège d'accouplement (108,108') qui est agencé dans ledit bac annu laire de collecte de fuites (46), de façon à ce que ladite tte d'accouplement s'assoie sur ledit siège d'accouplement (102) lorsque ledit raccord tournant (44) annulaire est monté dans ledit bac annulaire de collecte de fuites (46).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement (65,66) comprennent : une traverse radiale (65) montée dans ledit bac annulaire de collecte de fuites (46) du rotor de suspension (28) ; et une encoche (66) dans ladite bague rotative (62) qui engage ladite traverse radiale (65) lorsque ledit raccord tournant (44) annulaire est agencé dans ledit bac annulaire de collecte de fuites (46).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que : lesdites moyens de raccord (84,108, 84', 108') débouchent dans un collec teur annulaire (114,120) agencé en dessous dudit bac annulaire de collecte de fuites (46) ; et plusieurs circuits de refroidissement (42) portés par ledit rotor de suspension (28) sont raccordés audit collecteur annulaire.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par : une paire de garnitures d'étanchéité (121', 121") (126', 126") espacées axialement, ladite paire de garnitures d'étanchéité étant agencée dans ladite interface cylindrique entre une rainure annulaire (74) et lesdits moyens de roulement (64) ou entre deux rainures annulaires (74,74') adjacentes ; et un canal de drainage (124,130) apte à drainer la zone de l'interface cylin drique (122,128) entre les deux garnitures d'étanchéité d'une paire de gar nitures d'étanchéité dans ledit bac annulaire de collecte de fuites (46).
Description:
DISPOSITIF DE CHARGEMENT D'UN FOUR À CUVE DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de chargement pour un four à cuve. Elle concerne plus particulièrement le refroidissement d'un dispositif de chargement pour un four à cuve, tel qu'un haut fourneau, qui comprend un carter à monter sur la tte du four à cuve, un rotor de suspension suspendu de façon rotative dans ce carter, une goulotte de chargement suspendue dans le rotor de suspension et au moins un circuit de refroidissement porté par le rotor de suspension.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE En 1978 la société Paul Wurth S. A. a proposé un tel dispositif de charge- ment, lequel est décrit en détail dans le brevet US 4, 273,492. Le rotor de suspension de ce dispositif est muni d'un écran de protection inférieur qui entoure le canal d'alimentation de la goulotte et protège les dispositifs d'entraî- nement logés dans le carter notamment contre le rayonnement de chaleur à l'intérieur du four à cuve. À cette fin, l'écran inférieur comprend un circuit de refroidissement qui est alimenté avec un liquide de refroidissement à travers un raccord tournant annulaire agencé autour du canal d'alimentation de la goulotte.

Ce raccord tournant comprend une virole rotative et une bague fixe. La virole rotative prolonge le rotor de suspension, dont elle forme une partie intégrante, en-dehors du carter. La bague fixe est fixée sur le carter et la virole rotative est ajustée avec jeu dans la bague fixe. Deux roulements à rouleaux cylindriques ont pour but de centrer la virole rotative dans la bague fixe. Dans la bague fixe sont aménagées deux gorges annulaires superposées, de façon à faire face à la surface cylindrique externe de la virole rotative. Des canaux de raccord du circuit de refroidissement définissent des embouchures dans la surface cylindri- que externe de la virole rotative en face des deux gorges. Des garnitures

d'étanchéité, qui sont montées le long des deux bords de chaque gorge, s'appuient sur la surface cylindrique externe de la virole rotative dans le but d'assurer l'étanchéité entre la virole rotative et la bague fixe. En pratique, il s'est avéré que ce type de raccord tournant ne convient guère pour un dispositif de chargement d'un four à cuve. En effet, afin d'éviter des fuites d'eau de refroidis- sement dans le carter, il faut assurer une bonne étanchéité entre la virole rotative et la bague fixe. Or, dans un four à cuve, l'efficacité des garnitures d'étanchéité du raccord tournant se détériore rapidement. Elles sont en effet en contact avec une virole assez chaude, ce qui n'est guère favorable à leur durée de vie. De plus, suite à des dilatations thermiques différentielles, le jeu radial entre la virole rotative et la bague fixe est fortement variable, ce qui est égale- ment néfaste à la durée de vie des garnitures d'étanchéité, et peut mme entraîner le grippage et la destruction complète du raccord tournant. Aussi faut- il relever que la durée de vie du raccord tournant est encore affectée par des chocs violents qui sont inévitablement absorbés par le rotor de suspension de la goulotte. Enfin, il reste à noter qu'un tel raccord tournant de grand diamètre qui est équipé de garnitures étanches présente un frottement important, ce qui augmente sensiblement la puissance requise pour entraîner la goulotte en rotation. En conclusion, il s'est avéré qu'un raccord tournant du type décrit dans le brevet US 4,273, 492 présente beaucoup trop d'inconvénients pour tre une solution fiable pour alimenter un circuit de refroidissement porté par un équipe- ment de chargement rotatif d'un four à cuve.

Pour éviter tous ces inconvénients, la société Paul Wurth S. A. a proposé déjà en 1982 un dispositif de refroidissement d'une installation de chargement d'un haut fourneau sans garnitures étanches. Ce dispositif de refroidissement, qui est décrit en détail dans le brevet US 4,526, 536, a été installé dans de nombreuses installations de chargement de hauts fourneaux à travers le monde. II est caractérisé par un bac annulaire supérieur, qui est porté par un manchon supérieur du rotor de suspension et qui est alimenté par gravité en eau de refroidissement. A cette fin, une conduite d'alimentation en eau de refroidissement est intégrée dans le carter et présente au-dessus du bac

annulaire au moins une embouchure permettant un écoulement par gravité de l'eau de refroidissement dans le bac annulaire supérieur en rotation avec le rotor de suspension. Le bac annulaire supérieur est connecté à plusieurs serpentins de refroidissement équipant le rotor de suspension. Ces serpentins ont des conduites de décharge débitant dans un bac annulaire inférieur, qui est immobile en rotation puisqu'il est porté par le bord inférieur du carter. L'eau s'écoule par conséquent par gravité, à partir d'une conduite d'alimentation immobile en rotation, dans le bac annulaire supérieur du rotor de suspension, passe par gravité à travers les serpentins de refroidissement montés sur le rotor de suspension, pour tre collectée ensuite dans le bac annulaire du carter et tre évacuée à l'extérieur du carter. Des mesures de niveau d'eau dans les deux bacs annulaires permettent de contrôler la circulation de l'eau de refroidis- sement. Dans le bac annulaire supérieur, le niveau est ajusté de façon à se trouver constamment entre un niveau minimal et un niveau maximal. Si le niveau descend jusqu'au niveau minimal, on augmente le débit d'alimentation du bac annulaire afin de garantir une alimentation convenable des serpentins.

Si le niveau monte jusqu'au niveau maximal, on diminue le débit d'alimentation du bac annulaire afin d'éviter un débordement du bac annulaire.

Un premier désavantage du dispositif de refroidissement de 1982 est que la pression disponible pour faire passer l'eau de refroidissement à travers les circuits de refroidissement est essentiellement déterminée par la différence de hauteur entre le bac annulaire et le collecteur inférieur. II faut dès lors équiper le rotor de suspension de circuits de refroidissement à faibles pertes de charge, ce qui est un désavantage considérable du point de vue encombrement et/ou efficacité du refroidissement. Il y a notamment un risque de surchauffes locales dû aux faibles vitesses de circulation de l'eau de refroidissement dans les circuits de refroidissement. Un autre désavantage du dispositif de refroidisse- ment de 1982 est que les gaz de haut fourneau entrent en contact avec l'eau de refroidissement déjà dans le bac annulaire supérieur. Comme ces gaz de haut fourneau sont fortement chargés en poussières, des quantités importantes de poussières passent inévitablement dans l'eau de refroidissement. Ces poussiè-

res forment des boues dans le bac annulaire supérieur, qui traversent les serpentins de refroidissement et risquent de boucher ces derniers. De plus, les gaz de haut fourneau rendent l'eau de refroidissement acide, ce qui favorise une corrosion des circuits de refroidissement.

Afin de pouvoir réaliser des circuits de refroidissement à pertes de charge plus élevées, il a été proposé dans la demande de brevet DE 3342572 d'équiper ces circuits d'une pompe auxiliaire portée par le rotor de suspension.

Cette pompe auxiliaire est entraînée en rotation par un mécanisme qui trans- forme une rotation du rotor de suspension en une rotation d'un arbre d'entraînement de la pompe. II en résulte que la pompe auxiliaire fonctionne seulement lorsque le rotor est en rotation. De plus, une telle pompe auxiliaire est assez sensible aux boues qui traversent les serpentins de refroidissement.

La demande de brevet WO 99/28510 présente un procédé pour refroidir un dispositif de chargement du genre décrit plus haut qui est équipé d'un raccord tournant. Contrairement aux enseignements de l'état de la technique, on n'essaie ni d'assurer l'étanchéité parfaite du raccord tournant, comme préconisé par exemple dans le brevet US 4,273, 492, ni d'éviter des fuites en dehors du raccord tournant par un système de contrôle de niveaux, comme préconisé par exemple dans le brevet US 4,526, 536. On propose plutôt d'effectuer l'alimentation en liquide de refroidissement du raccord tournant de façon à ce qu'un débit de fuite passe dans une fente annulaire de séparation entre la partie rotative et la partie fixe du raccord tournant pour y former un joint liquide qui empche la pénétration de poussières dans le raccord tournant. Ce débit de fuite est ensuite collecté et évacué en dehors de le carter, sans passer par le circuit de refroidissement. Il en résulte que des boues de poussières ne passent pas non plus à travers le circuit de refroidissement et ne risquent dès lors pas de boucher ce dernier.

La demande de brevet WO 99/28510 propose plusieurs réalisations pour le raccord tournant annulaire. Dans une première exécution, la partie fixe est un bloc annulaire qui est ajusté avec jeu dans un canal annulaire du rotor de

suspension, de façon à tre séparé de chacune des deux parois cylindriques de ce canal par une fente annulaire radiale. Pour réduire le débit de fuite à travers ces deux fentes annulaires radiales, la demande de brevet WO 99/28510 propose soit de prévoir dans chaque fente annulaire au moins un joint à lèvre, soit de concevoir chaque fente annulaire sous forme d'un joint labyrinthe. Un inconvénient de cette exécution est que le canal annulaire dans le rotor de suspension nécessite un usinage très précis, donc très coûteux. De plus, l'ajustage du bloc annulaire dans le canal annulaire du rotor de suspension doit tre très précis. Il en résulte par ailleurs que cette exécution est très sensible à des défauts de centrage de la rotation du rotor de suspension ainsi qu'à des chocs violents absorbés par le rotor de suspension. Un autre désavantage est que le rotor de suspension entier doit tre démonté pour réparer un canal annulaire endommagé. Dans une exécution alternative, la partie fixe du raccord tournant comprend un anneau fixe en rotation qui prend axialement appui, à l'aide de deux garnitures étanches, sur un anneau logé dans un canal annulaire du rotor de suspension. L'anneau fixe en rotation est coulissable verticalement, de façon à pouvoir tre pressé contre l'anneau logé dans le canal annulaire du rotor de suspension. Cette exécution est relativement sensible à des défauts de planéité de la rotation du rotor de suspension. Or, de tels défauts de planéité de la rotation du rotor de suspension sont difficilement évitables car la mise en charge de l'anneau de roulement supportant le rotor de suspension dans le carter n'est généralement pas symétrique par rapport à l'axe de ce roulement et varie avec la position angulaire de la goulotte de chargement.

En conclusion, plus de vingt ans après la date de dépôt du brevet US 4,273, 492, on n'a toujours pas de solution satisfaisante pour alimenter avec un liquide de refroidissement sous pression un équipement rotatif d'un dispositif de chargement pour un four à cuve.

OBJET DE L'INVENTION Par conséquent, il sera vivement apprécié que le dispositif de chargement défini dans la première revendication, constitue enfin une solution satisfaisante

au problème susmentionné.

EXPOSE DE L'INVENTION Il faut d'abord rappeler qu'un dispositif de chargement selon l'invention est du type comprenant un carter à monter sur la tte du four à cuve, un rotor de suspension suspendu de façon rotative dans ce carter, une goulotte de char- gement suspendue dans le rotor de suspension et au moins un circuit de refroidissement porté par le rotor de suspension. Ce circuit de refroidissement est alimenté avec un liquide de refroidissement par l'intermédiaire d'un raccord tournant annulaire qui est du type comprenant : une bague fixe portée par le carter, une bague rotative en rotation avec le rotor de suspension et des moyens de roulement entre la bague fixe et la bague rotative. Dans ce raccord tournant, la bague fixe et la bague rotative coopèrent de façon à définir une interface cylindrique dans laquelle au moins une rainure annulaire assure un transfert d'un liquide de refroidissement sous pression entre la bague fixe et la bague rotative. Le transfert du liquide de refroidissement de la bague rotative au rotor de suspension est alors assuré par des moyens de raccord connectés entre la bague rotative et le rotor de suspension. Un dispositif selon l'invention se distingue notamment par les caractéristiques qui vont suivre. Le raccord tournant annulaire est monté à l'intérieur du carter dans un bac annulaire de collecte de fuites qui est formé par le rotor de suspension. De plus, la bague rotative de ce raccord tournant est supportée exclusivement par la bague fixe par l'intermédiaire des moyens de roulement. Des moyens d'accouplement sélectifs accouplent alors cette bague rotative, librement supportée par la bague fixe, au rotor de suspension de façon à transmettre sélectivement un moment de rotation du rotor de suspension à la bague rotative, tout en emp- chant une transmission d'autres efforts du rotor de suspension à la bague rotative. Les moyens de raccord comprennent finalement au moins un élément tubulaire déformable, de façon à ce que les moyens de raccord forment une connexion non rigide entre la bague rotative et le rotor de suspension. Il sera apprécié que ces caractéristiques procurent enfin, après plus de vingt ans de

recherche, une solution fiable pour alimenter avec un liquide de refroidissement sous pression un équipement rotatif d'un dispositif de chargement pour un four à cuve. En effet, dans la solution selon l'invention, le raccord tournant ne cause ni des problèmes d'étanchéité ni des problèmes de frottement excessif ni des problèmes de durée de vie de garnitures d'étanchéité ni des problèmes de dilatations thermiques différentielles ni des problèmes de grippage. Le raccord tournant est insensible aux chocs violents qui sont inévitablement absorbés par le rotor de suspension de la goulotte. Il est également insensible à des défauts de centrage du rotor et à des défauts de planéité de la rotation du rotor de suspension. Un usinage spéciale du rotor de suspension du rotor n'est pas requis. Le raccord tournant peut tre facilement remplacé sans démonter le rotor de suspension.

II sera également apprécié que le dispositif selon l'invention permet faci- lement d'intégrer un circuit de refroidissement porté par le rotor de suspension dans un circuit de refroidissement fermé. À cette fin il suffit de prévoir une première rainure annulaire dans l'interface cylindrique pour assurer un transfert du liquide de refroidissement de la bague fixe à la bague rotative, et une deuxième rainure annulaire dans la interface cylindrique pour assurer un transfert du liquide de refroidissement de la bague rotative à la bague fixe. De cette façon, on peut faire passer l'aller et le retour du liquide de refroidissement à travers le raccord tournant annulaire.

Alternativement, le ou les circuits de refroidissement peuvent comprendre au moins une conduite de décharge ouverte. Dans ce cas, le carter comprend avantageusement un bac annulaire fixe de collecte du liquide de refroidisse- ment, dans lequel la ou les conduites de décharge débouchent lors de la rotation du rotor de suspension. Des moyens d'évacuation sont associés au bac annulaire fixe pour évacuer le liquide de refroidissement de façon contrôlée en- dehors du carter.

Des moyens de drainage sont avantageusement connectés au bac annu- laire de collecte de fuites pour évacuer le débit de fuite collecté par celui-ci de

façon contrôlée en-dehors du carter.

Dans une exécution préférée du dispositif selon l'invention, la bague fixe du raccord tournant est portée par une bride annulaire qui est fixée sur le carter.

Le bac annulaire de collecte de fuites comprend alors des bords supérieurs qui coopèrent avec cette bride annulaire pour définir des joints labyrinthes. II s'ensuit que le raccord tournant est relativement bien isolé du reste du carter.

Les moyens de raccord comprennent avantageusement au moins un rac- cord d'accouplement flexible et axialement compressible, qui est avantageuse- ment porté par la bague rotative et comprend une tte d'accouplement. À ce raccord d'accouplement est alors associé un siège d'accouplement, qui est agencé dans le bac annulaire de collecte de fuites, de façon à ce que la tte d'accouplement s'assoie sur le siège d'accouplement lorsque le raccord tournant annulaire est monté dans le bac annulaire de collecte de fuites. Il sera apprécié que ce mode de réalisation rend notamment très facile le montage et le démontage du raccord tournant annulaire.

Les moyens d'accouplement susmentionnés comprennent avantageuse- ment une simple traverse radiale montée dans le bac annulaire de collecte de fuites du rotor de suspension et une encoche dans la bague rotative. Cette encoche engage alors la traverse radiale lorsque le raccord tournant annulaire est agencé dans le bac annulaire de collecte de fuites.

Les moyens de raccord débouchent avantageusement dans un collecteur annulaire agencé en dessous du bac annulaire de collecte de fuites. Plusieurs circuits de refroidissement portés par le rotor de suspension sont alors raccor- dés au collecteur annulaire.

Dans une exécution préférée, une paire de garnitures d'étanchéité espa- cées axialement est agencée dans l'interface cylindrique entre une rainure annulaire et les moyens de roulement, respectivement entre deux rainures annulaires adjacentes. Un canal de drainage draine la zone de l'interface cylindrique entre les deux garnitures d'étanchéité d'une paire de garnitures d'étanchéité dans le bac annulaire de collecte de fuites.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres particularités et caractéristiques 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 : est une coupe verticale d'une première exécution d'un dispositif de chargement d'un four à cuve selon l'invention ; Fig. 2 : est une coupe verticale d'un raccord tournant annulaire équipant le dispositif de chargement d'un four à cuve de la Figure 1 ; Fig. 3 : est une autre coupe verticale du raccord tournant annulaire équipant le dispositif de chargement d'un four à cuve de la Figure 1 ; Fig. 4 : est encore une autre coupe verticale du raccord tournant annulaire équipant le dispositif de chargement d'un four à cuve de la Figure 1 ; Fig. 5 : est une coupe selon la ligne de coupe 5-5 dans la FIG. 4 ; et Fig. 6 : est une coupe verticale d'une deuxième exécution d'un dispositif de chargement d'un four à cuve selon l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE QUELQUES MODES DE REALISATION AVANTAGEUX DE L'INVENTION Sur les figures, les mmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

La Figure 1 représente de façon schématique un dispositif de chargement avec une goulotte rotative 10 qui est destiné à équiper un four à cuve, tel que par exemple un haut fourneau.

Ce dispositif comprend un carter 12 avec une bride annulaire 14 à son ex- trémité inférieure, une plaque de support 16 à son extrémité supérieure, et une enveloppe latérale 18. La bride annulaire 14 sert à connecter le carter 12 de façon étanche à une contre-bride (non montrée) d'un four à cuve. À la plaque de support 16 est connectée de façon étanche l'extrémité inférieure d'une trémie ou d'un carter à clapets (non montrés). L'enveloppe latérale 18 relie la

bride 14 de façon étanche à la plaque de support 16. Un manchon d'alimentation fixe 20 est fixé à l'aide d'une bride annulaire 22 dans une ouverture centrale de la plaque de support 16. Ce manchon d'alimentation fixe 20 pénètre dans la carter 12 pour définir un canal d'alimentation 24 pour la matière à charger dans le four à cuve. Ce canal d'alimentation 24 a un axe central 26 qui est normalement confondu avec l'axe central du four à cuve.

Dans le carter 12 est monté un rotor de suspension 28 pour la goulotte 10.

L'extrémité supérieure de ce rotor de suspension 28 forme un manchon de suspension 30, qui entoure le manchon d'alimentation fixe 20 et est suspendu à l'aide d'un anneau de roulement de grand diamètre 32 dans le carter 12.

L'extrémité inférieure du rotor de suspension 28 forme un caisson écran 34 dans l'ouverture centrale de la bride inférieure 14 du carter 12. Elle supporte en outre des paliers des suspension 36 pour la goulotte 10.

Une couronne dentée 38 du manchon de suspension 34 coopère avec un moteur (non montré) pour entraîner le rotor de suspension 28, et par consé- quent la goulotte 10 y suspendue, en rotation autour de l'axe 26. Le plus souvent, la goulotte 10 est en outre équipée d'un dispositif de pivotement (non montré), qui permet de faire varier son angle d'inclinaison en la faisant pivoter dans ses paliers de suspension 36 autour d'un axe 40 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation 26 (dans la FIG. 1, l'axe 40 est perpendiculaire au plan de la feuille).

Pour protéger le caisson écran 34 des températures élevées dans le four à cuve et pour éviter que celles-ci ne transmettent la chaleur à l'intérieur du carter 12, le caisson écran 34 est muni de circuits de refroidissement 42r, 422, 423, 424 dans lesquels on fait circuler un liquide de refroidissement, par exem- ple de l'eau. Ces circuits de refroidissement 421, 422, 423, 424 contiennent avantageusement des chicanes ou tubes (non montrés) faisant circuler l'eau de refroidissement selon un chemin prédéterminé le long des parois du caisson écran 34. Ils sont connectés à un circuit de distribution de liquide de refroidis- sement à l'aide d'un raccord tournant annulaire, qui est globalement repéré par

le chiffre de référence 44. Ce dernier est monté à l'intérieur du carter 12 dans un bac annulaire de collecte de fuites 46, qui est formé par l'extrémité supé- rieure du manchon de suspension 30 du rotor de suspension 28. En se référant à la FIG. 2, il sera noté que les deux bords supérieurs 48,50 du bac annulaire de collecte de fuites 46 coopèrent avec la bride annulaire 22 pour définir des joints labyrinthes 52,54. On délimite ainsi à l'intérieur du carter 12 une sorte de chambre séparée 56, dans laquelle pour le raccord tournant annulaire 44 est bien protégé des fumées qui pénètrent dans le carter 12. Pour encore renforcer cette protection, on peut injecter un gaz propre dans cette chambre séparée 56, de façon à maintenir cette dernière en surpression par rapport au four.

Le raccord tournant annulaire 44 sera maintenant décrit plus en détail à . I'aide des FIG. 2 à 5. Il sera noté que les FIG. 2 à 4 représentent des coupes verticales du raccord tournant annulaire 44 de la Figure 1 à trois endroits différents, illustrant respectivement : - FIG. 2, le transfert du liquide de refroidissement à travers le raccord tournant annulaire 44 au rotor de suspension 28 ; - FIG. 3, le retour du liquide de refroidissement du rotor de suspension à travers le raccord tournant annulaire 44 ; - FIG. 4, l'accouplement mécanique du raccord tournant annulaire 44 au rotor de suspension, son graissage et la gestion des débits de fuite.

En se référant d'abord à la FIG. 4, la conception mécanique du raccord tournant annulaire 44 sera brièvement décrite. Ce dernier comprend une bague fixe 60, qui est vissée sur la surface inférieure de la bride 22, ainsi qu'une bague rotative 62, qui est montée avec jeu radial dans la bague fixe 60. II importe de signaler que la bague rotative 62 est supportée exclusivement par la bague fixe 60 par l'intermédiaire d'un roulement 64. En effet, il n'existe pas de connexion rigide entre la bague rotative 62 et le rotor de suspension 28, cependant des moyens d'accouplement sélectifs accouplent la bague rotative 62 au rotor de suspension 28 de façon à transmettre sélectivement un moment de rotation du rotor de suspension 28 à la bague rotative 62, tout en empchant

une transmission d'autres efforts du rotor de suspension 28 à la bague rotative 62. Une exécution particulièrement simple de ces moyens d'accouplement est illustrée à l'aide des FIG. 4 et 5. II s'agit d'une traverse radiale 65 qui est fixée dans le bac annulaire de collecte de fuites 46 et qui engage une encoche 66 dans la bague rotative 62 lorsque le raccord tournant annulaire 44 est fixé dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. Il sera apprécié que la traverse radiale 65 et l'encoche 66 coopèrent de façon à transmettre un moment de rotation du rotor de suspension 28 à la bague rotative 62, tout en permettant cependant des déplacements verticaux et radiaux relatifs des deux éléments. Ceci rend le raccord tournant annulaire 44 quasi insensible aux dilatations thermiques, chocs, vibrations et défauts d'agencement subis par le rotor de suspension 28.

Reste à noter que la référence 68 repère globalement un circuit de graissage sous pression du roulement 64. L'excédent de graisse est évacué en dessous du roulement 64 à travers un canal de drainage 69 dans le canal de charge- ment 24.

En se référant maintenant à la FIG. 2, le transfert d'un liquide de refroidis- sement au rotor de suspension 28 par le raccord tournant annulaire 44 sera décrit plus en détail. La référence 70 repère un raccord pour une conduite d'alimentation d'un liquide de refroidissement sous pression. Un canal interne 72 de la bague fixe 60 connecte ce raccord 70 à une rainure annulaire 74 qui est aménagée dans une surface cylindrique concave 76 de la bague fixe 60. Un canal interne 78 de la bague rotative 62 est connecté à une embouchure 80, qui est agencée dans une surface cylindrique convexe 82 de la bague rotative 62 en face de la rainure annulaire 74. Ce canal interne 78 débouche dans la surface frontale inférieure de la bague rotative 62 dans un raccord d'accouplement 84.

En résumé, le liquide de refroidissement sous pression alimenté dans le raccord 70 passe dans la bague fixe 60 à travers le canal interne 72 dans la rainure annulaire 74, pour tre transféré à travers une interface cylindrique, formée par les deux surfaces cylindriques 76,82, et la première embouchure 80 dans la bague rotative 62. Dans celle-ci, le liquide de refroidissement passe à

travers le canal interne 78 dans le raccord d'accouplement 84.

En se référant encore à la FIG. 2, il sera noté que le raccord d'accouplement 84 est axialement en saillie par rapport à la surface frontale inférieure de la bague rotative 62. Il comprend un élément tubulaire 100 flexible latéralement et axialement compressible, qui est encastré avec une extrémité dans la surface frontale inférieure de la bague rotative 62. L'autre extrémité porte une tte d'accouplement 102. L'élément tubulaire 100 comprend un compensateur à soufflets 104 entouré d'un ressort hélicoïdal de compression 106. La tte d'accouplement 102 est associé à un siège d'accouplement 108, qui est agencé sur le fond du bac annulaire de collecte de fuites 46 de façon à ce que la tte d'accouplement 102 s'assoie sur le siège d'accouplement lorsque le raccord tournant annulaire 44 est monté dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. II sera noté que le ressort de compression 106 assure alors une pression de contact suffisante entre la tte d'accouplement 102 et le siège d'accouplement 108, pour qu'un joint d'étanchéité 110, qui est porté soit par une couronne convexe sphérique 111 de la tte d'accouplement 102 soit par une couronne concave conique 112 du siège d'accouplement 108 puisse assurer l'étanchéité entre les deux éléments d'accouplement. II reste à noter que le siège d'accouplement 108 pourrait aussi tre porté par la bague rotative 62. Dans ce cas, le raccord d'accouplement 84 serait axialement en saillie par rapport au fond du bac annulaire de collecte de fuites 46. Enfin, la tte d'accouplement 102 pourrait tre munie d'une couronne concave conique et le siège d'accouplement d'une couronne convexe sphérique, qui coopèrent avec ou sans joint d'étanchéité pour assurer l'étanchéité lors de leur accouplement.

Du premier raccord d'accouplement 84, le liquide de refroidissement sous pression pénètre à travers le siège d'accouplement 108 dans un collecteur annulaire d'alimentation 114. Ce dernier est agencé immédiatement en dessous du bac annulaire 46. À ce collecteur d'alimentation 114 du rotor de suspension 28 sont connectés des tubes d'alimentations des circuits de refroidissement 42,, 422, 423, 424 portés par le rotor de suspension 28. Sur la FIG. 1, on a représenté à titre d'exemple le tube d'alimentation 116 qui alimente le circuit de

refroidissement 421.

Sur la FIG. 1 on voit que le liquide de refroidissement quitte le circuit de refroidissement 42r à travers un tube de retour 118 qui débouche dans un deuxième collecteur annulaire 120. Ce dernier est agencé juste en dessous du premier collecteur annulaire 114.

En se référant maintenant à la FIG. 3, le retour du liquide de refroidisse- ment à travers le raccord tournant annulaire 44 sera décrit plus en détail. Le deuxième collecteur annulaire 120 sert de collecteur pour tous les retours des circuits de refroidissement 42r, 422, 423, 424. II est connecté à travers un ensemble raccord d'accouplement 84'/siège d'accouplement 108', qui est du mme type que l'ensemble 84/108 décrit plus haut, à un canal interne 78'de la bague rotative 62. De ce canal 78'le liquide de refroidissement passe, dans le sens inverse de celui décrit plus haut, à travers une embouchure 80'et l'interface cylindrique 76,82 dans une deuxième rainure annulaire 74'aména- gée dans la surface cylindrique concave 76 de la bague fixe 60. Dans cette bague fixe 60 le liquide de refroidissement est conduit à travers un canal interne 72'dans le raccord fixe 70'pour une conduite de retour du liquide de refroidis- sement sous pression.

En se référant de nouveau à la FIG. 4, la gestion des débits de fuite sera maintenant décrite plus en détail. Il sera d'abord noté que le jeu radial entre la bague fixe 60 et la bague rotative 62 est relativement important, pour réduire le risque de grippage des deux bagues 60,62. Ainsi, le débit de fuite axial dans l'interface cylindrique 76,82 est assez important. Ce débit de fuite est cepen- dant contrôlé par des garnitures d'étanchéité et des canaux de drainage. Une première paire de garnitures d'étanchéité 121', 121"est agencée dans l'interface cylindrique 76,82 entre la première rainure 74 et le roulement 64.

Ces deux garnitures d'étanchéité 121', 121"sont axialement espacées l'une de l'autre, et la zone 122 de l'interface cylindrique 76,82 située entre les deux garnitures d'étanchéité 121', 121"est drainée par un canal de drainage 124 dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. Vu que la pression dans le circuit

de graissage sous pression 68 est plus élevée que dans la zone 122 de l'interface cylindrique 76,82, il est garanti que le liquide de refroidissement ne peut pénétrer dans le roulement 64. Une deuxième paire de garnitures d'étanchéité 126', 126"est agencée dans l'interface cylindrique 76,82 entre la première rainure 74 et la deuxième rainure 74'. La zone 128 de l'interface cylindrique 76,82 située entre les deux garnitures d'étanchéité 126', 126"est drainée par un canal de drainage 130 dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. Vu que la pression dans zone 128 de l'interface cylindrique 76,82 est inférieure aux pressions dans la deuxième rainure 74', il est garanti que le liquide de refroidissement ne peut tre court-circuité à travers l'interface cylindrique 76,82 de la première rainure 74, où règne la pression d'alimentation, dans la deuxième rainure 74', où règne la pression de retour qui est sensiblement plus faible que la pression d'alimentation. Une dernière garniture d'étanchéité 132 est agencée dans l'interface cylindrique 76,82 en dessous de la deuxième rainure 74'. Le débit de fuite s'écoulant à travers cette garniture d'étanchéité 132 est drainé à travers l'interface cylindrique 76,82 dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. En résumé, les garnitures d'étanchéité 121', 121", 126', 126"et 132 n'ont pas pour but d'annuler complè- tement les débits de fuites mais de les limiter à des valeurs raisonnables et de les canaliser de façon contrôlée dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. Il s'ensuit que les garnitures d'étanchéité 121', 121", 126', 126"et 132 sont toujours bien refroidies et lubrifiées, ce qui augmente sensiblement leur durée de vie et évite des grippages. De plus, la puissance nécessaire pour faire tourner la bague rotative 62 dans la bague fixe 60 est ainsi considérablement réduite.

La référence 134 repère un tuyau de drainage qui permet d'évacuer les débits de fuites recueillis dans le bac annulaire de collecte de fuites 46. Sur la FIG. 1 on voit que ce tuyau de drainage 134 débouche dans un bac annulaire fixe 136, qui est agencé dans l'extrémité inférieure du carter 12. Lorsque le rotor de suspension est en rotation, l'extrémité libre du tuyau de drainage 134 se meut dans le bac annulaire fixe 136. Reste à noter que des moyens

d'évacuation sont associés au bac annulaire fixe 136 pour évacuer le liquide de refroidissement de façon contrôlée en-dehors du carter 12. Sur la FIG. 1, ces moyens d'évacuation sont représentés schématiquement par des tuyaux 138.

La FIG. 6 représente une exécution simplifiée du dispositif de la FIG. 1.

Dans cette exécution simplifiée, le retour du liquide de refroidissement des circuits de refroidissement 42,, 422, 423, 424 ne passe pas à travers le raccord tournant annulaire 44', mais est évacué à travers des conduites de décharge ouvertes dans le bac annulaire fixe 136 qui est agencé dans l'extrémité infé- rieure du carter 12. Sur la FIG. 6, on a par exemple représenté la conduite de décharge 140 du circuit de refroidissement 421. II s'ensuit que le raccord tournant annulaire 44'doit seulement avoir une rainure annulaire et des canaux internes pour assurer le transfert du liquide de refroidissement sous pression entre la bague fixe et la bague rotative. Le désavantage de ce système est que dans le bac annulaire fixe 136, le liquide de refroidissement est exposé à l'atmosphère régnant dans le carter 12. Ceci nécessite un traitement plus coûteux de l'eau de refroidissement avant sa recirculation dans le système de refroidissement.