LU88029A1 - Machine for piercing the tap-hole of shaft furnace - using sacrificial drill bar without any percussion hammer - Google Patents

Description

REVENDICATION DE LA PRIORITE de la demande de brevet / du modèle d'utilité Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de

BREVET D'INVENTION au

Luxembourg au nom de: PAUL WURTH S.A. 32, rue d'Alsace L-1122 Luxembourg pour: "Machine de perçage d'un trou de coulée dans un four à cuve"

MACHINE DE PERÇAGE D'UN TROU DE miTT.KT? D'UN FOUR A CUVE

La présente invention concerne une machine de perçage d'un trou de coulée d'un four à cuve conçue pour la mise en oeuvre du procédé de la tige perdue, selon lequel, après avoir obturé le trou de coulée avec une masse de bouchage, on enfonce dans celle-ci, avant son durcissement complet, une tige métallique et à extraire celle-ci au moment voulu, en vue de l'ouverture du trou de coulée et comprenant un affût avec un appui fixe à l'avant de l'affût, un appui coulissant à l'arrière de l'affût et une pince bidirectionnelle montée de façon coulissante sur l'affût et déplaçable le long de celui-ci sous l'action d'un premier vérin hydraulique.

Les machines utilisées jusqu'à présent pour la mise en oeuvre de ce procédé de la tige perdue étaient les foreuses classiques avec une mèche de forage ayant toutefois subi des adaptations et modifications appropriées pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il faut, en effet, se préserver la possibilité de pouvoir forer, de temps en temps, par des moyens classiques, par exemple, pour reformer ou déplacer le trou de coulée, ou lorsque la tige perdue n'a pas pu être utilisée et c'est la raison pour laquelle, au lieu du percuteur uni-directionnel utilisé dans les machines classiques, on utilise dans les machines à tige perdue un percuteur bi-directionnel pour pouvoir introduire et extraire la tige perdue. L'outil de travail de ces machines doit donc comporter, non seulement une foreuse qui, certes, n'est utilisée qu'occasionnellement, mais également un mandrin avec une pince d'accouplement et, surtout, le puissant percuteur pneumatique bi-directionnel pour déployer la force nécessaire à l'introduction et l'extraction de la tige de perçage perdue. En effet, si l'extraction de la tige est avant tout une opération de force, l'introduction et opération de force, d'habilité et d'efficacité.

Si le percuteur pneumatique bi-directionnel paraît être l'outil approprié pour répondre à ces exigences et si le fait qu'il ait toujours été utilisé jusqu'à présent pour l'introduction et l'extraction de la tige semble en être la preuve, il n'en est rien, car un tel percuteur n'est pas seins inconvénient. D'abord, il impose d'importantes sollicitations et vibrations au matériel, notamment à son mandrin et à sa pince d'accouplement avec la tige qui, de ce fait, sont soumis à une usure rapide et à la nécessité d'un remplacement fréquent. Ensuite, il est extrêmement bruyant et dépasse largement les tolérances actuelles qui ont, de façon compréhensible, tendance à la sévérité.

La demande de brevet EP 0 379 018 permet de remédier partiellement à ces inconvénients en proposant un procédé astucieux d'extraction de la tige en plusieurs phases par un mouvement de va-et-vient d'une pince sous l'action d'un vérin hydraulique peu bruyant. Le percuteur pneumatique, certes, s'il ne doit plus être bi-directionnel et ne plus être utilisé pour l'extraction, est, néanmoins, toujours nécessaire pour une mise en place efficace et rapide de la tige de perçage.

Les inconvénients du percuteur pourraient inciter à la suppression de la percussion lors de la phase d'introduction en soumettant l'outil de travail, en substitution du percuteur uni-directionnel, lors de l'introduction, à un moyen, par exemple hydraulique, plus puissant pour faire avancer l'outil de travail le long de l'affût en direction du trou de coulée pour faire pénétrer, en force, la tige de perçage dans la masse d'obturation semi-durcie. Malheureusement, cette tentative n'est pas envisageable, car vu la longueur de la tige, une poussée plus puissante, sans percuteur, risquerait de provoquer d'abord un flambage de la tige et, ensuite, son blocage définitif dans une position partiellement enfoncée dans la masse en cours de durcissement rapide.

Une solution plus ingénieuse est proposée dans la demande de brevet luxembourgeois No 87 915 qui consiste à prévoir une pince bi-directionnelle pour la mise en oeuvre du procédé préconisé par la demande de brevet européen précitée No EP 0 379 018 et dont le mouvement alternatif de va-et-vient engendré par voie hydraulique est utilisé aussi bien pour l'introduction que pour l'extraction de la tige de perçage. Cette proposition semble donc être la solution optimale dans la mesure où elle permet de se passer du percuteur bruyant et de destructeur de la pince. Le seul reproche dont il pourrait faire l'objet, en cas d'application de critères sévères, et que la pince bi-directionnelle et les moyens qui l'actionnent opèrent toujours dans la région avant de l'affût, c'est-à-dire dans une zone à risques d'éclaboussures par le jet en fusion s'échappant du trou de coulée après l'extraction de la tige de celui-ci.

Le but de la présente invention est de prévoir une machine du genre de celle proposée dans le préambule qui permet d'éliminer ce risque tout en conservant les avantages acquis.

Pour atteindre cet objectif, la machine proposée par la présente invention est caractérisée en ce que le premier vérin est, lui-même, monté, de façon coulissante, sur l'affût et déplaçable le long de celui-ci sous l'action d'un second vérin hydraulique. L'extraction de la tige n'est donc plus réalisée par un mouvement alternatif de va-et-vient de la pince, mais par un mouvement continu de recul de celle-ci sous l'action combinée des deux vérins hydrauliques. La pince est ainsi dégagée de la zone à risques d'éclaboussures, alors que l'extraction est plus rapide étant donné qu'elle est réalisée par un mouvement continu et n'implique plus de va-et-vient de la pince.

Par contre, l'introduction de la tige de perçage dans le trou de coulée est réalisée de la même manière que celle proposée par le brevet luxembourgeois No 87 915, c'est-à-dire que la pince effectue un mouvement alternatif de va-et-vient sous l'action du premier vérin, après que celui-ci ait été avancé en position opérative par le second vérin.

Le premier vérin est de préférence fixé au cylindre du second vérin dont l'extrémité de la tige de piston est fixée à l'arrière de l'affût.

La pince peut être reliée à l'extrémité de la tige de piston du premier vérin par l'intermédiaire d'un patin coulissant le long de l'affût.

Selon un mode de réalisation avantageux, le cylindre du premier vérin et le patin sont portés par des galets de roulement guidés dans deux rails entre deux poutres formant l'affût. L'appui arrière peut être constitué par un accouplement avec un outil de travail monté sur un chariot coulissant le long de l'affût. L'appui avant est, de préférence, constitué par deux volets pivotant définissant entre eux une ouverture de passage et de support de la tige et formant, en même temps, bouclier de protection contre les éclaboussures issues du trou de coulée.

Selon un mode de réalisation avantageux, le second vérin est alimenté en fluide hydraulique à travers sa tige de piston alors que le premier vérin est alimenté en fluide hydraulique par le second vérin à travers une vanne de commande. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement une vue latérale d'une machine de perçage conformément à la présente invention en position de préparation pour l'introduction d'une tige de perçage; - la figure 2 montre une vue analogue en position opérative pour l'introduction d'une tige de perçage; - la figure 3 montre une vue analogue lors de la phase d'introduction de la tige de perçage; - la figure 4 montre une vue analogue en phase de préparation pour l'extraction de la tige; la figure 5 montre une vue analogue après l'extraction de la tige; - la figure 6 montre une vue en coupe suivant le plan A-A sur la figure 5 et la figure 7 est un schéma de principe de l'alimentation hydraulique des deux vérins.

Pour la description de la construction de la machine on se référera simultanément aux figures 1 à 6 qui comportent les mêmes chiffres de référence pour désigner les mêmes pièces. L'ossature de la machine de perçage est constituée par un affût 20 pouvant, par exemple, être supporté, de manière classique et connue à l'extrémité d'un bras porteur, non représenté pouvant pivoter autour d'une console pour déplacer la machine de perçage entre une position de garage et une position opérative et vice versa. L'affût 20 peut être formé de deux poutres parallèles 20a, 20b réunies entre-elles à leurs deux extrémités par des entretoises 21 (voir figure 6). Les deux poutres 20a et 20b comportent, sur leur face intérieure, deux rails 22 et 24 disposés face à face et destinés à supporter et guider les pièces mobiles de la machine.

La référence 26 désigne la tige de perçage, encore appelée tige perdue pour le procédé concerné. Cette tige 26 est portée, à l'avant de la machine, par un appui 28 qui est, de préférence, un appui du genre proposé par la demande de brevet européen EP 0 064 644, c'est-à-dire comportant deux volets montés à l'avant de l'affût 20 et pouvant pivoter entre une position ouverte facilitant l'engagement et la saisie de la tige 26 en vue de l'extraction de celle-ci et de l'ouverture du trou de coulée 27 (voir figure 5) d'un four à cuve et une position dans laquelle ils définissent, entre eux, une ouverture de passage et de support de la tige 26. En même temps, les deux volets constituant l'appui 28 forment un bouclier de protection contre les éclaboussures provenant du jet du trou de coulée. A l'arrière, la tige 26 est supportée par un outil de travail 32 par l'intermédiaire d'un accouplement 30 avec celui-ci. Cet outil de travail est supporté par un chariot 31 (voir figure 6) coulissant le long de l'affût 20 par exemple à l'aide de galets de roulement (dont un est représenté sur la figure 6 ) évoluant le long des flancs extérieurs des deux poutres 20a et 20b de l'affût 20 et permettant à l'outil de travail 32 de coulisser le long de l'affût 20. Le chariot 31 est en outre relié à deux chaînes sans fin de traction 33 prévues à l'extérieur des poutres 20a et 20b et destinées à déplacer le chariot 31 et l'outil 32 lors d'un forage classique. Ces chaînes 35 ne sont donc pas utilisées pour la mise en oeuvre du procédé de la tige perdue selon la présente invention. L'outil . de travail 32, qui comporte, de manière classique, une foreuse et un percuteur, n'est pas non plus utilisé dans le procédé de la tige perdue et sa présence n'est justifiée que pour pouvoir forer, si nécessaire, par le procédé classique. Ceci signifie que si le forage classique n'est pas nécessaire, ou que ce forage peut être effectué d'une autre manière, l'outil 32 peut être supprimé et remplacé simplement par un appui coulissant assurant le support de la tige perdue 26 à l'arrière.

La référence 34 est une pince bi-directionnelle du genre proposée par la demande de brevet luxembourgeois No 87 915 ou dans sa demande de brevet d'addition. Cette pince est supportée par un patin 36, déplaçable par l'intermédiaire de galets de roulement dans les rails 22, 24 de l'affût 20. Ce patin 36 est fixé à l'extrémité d'une tige de piston 38 (voir figure 3) d'un premier vérin hydraulique 40 également monté par des galets de roulement dans les rails 22 et 24 de l'affût 20. La pince bi-directionnelle 34 peut fonctionner par voie pneumatique et être raccordée, à cet effet au circuit pneumatique de la machine par exemple par des tuyaux pneumatiques passant le long du vérin 40.

Sur le cylindre du premier vérin 40 est fixé le cylindre d'un second vérin 42 plus long que le vérin 40. Ce vérin 42 est orienté dans le sens contraire du vérin 40, c'est-à-dire que sa tige de piston 44 est ancrée, à l'arrière, en 46 sur l'affût 20. Le premier vérin 40 est, par conséquent, déplaçable le long de l'affût 20 sous l'action du vérin 42 lorsque le cylindre de celui-ci est dégagé de sa tige 44. Certes, le vérin 42 pourrait être orienté dans le même sens que le vérin 40, mais la réalisation représentée sur les figures mérite la préférence étant donné que le vérin 42 ne gène pas l'action du vérin 40 vu qu'il est toujours déplacé en même temps que celui-ci et, surtout, n'allonge pas la machine, car, orienté dans le même sens, le cylindre du vérin 42 devrait être disposé à l'arrière dans le prolongement de l'affût 20.

La figure 7 illustre un mode d'exécution avantageux de l'alimentation hydraulique des deux vérins 40 et 42. Le vérin 42 est alimenté à travers deux conduites a et c traversant sa tige de piston 44. Le vérin 40 est alimenté, d'un côté, pour le dégagement de sa tige 38, par une conduite b traversant axialement tout le vérin 42 et prolongé par une conduite extérieure 48 jusqu'au cylindre de ce vérin 40 et, de l'autre côté, pour la rétraction de sa tige 38 par une communication directe 50 avec le côté tige du cylindre du vérin 42. L'alimentation des deux vérins pourrait également être réalisée par des conduites extérieures téléscopiques. Aussi bien l'alimentation par conduites télescopiques que celle représentée sur la figure 7 permet de réduire au maximum la présence de tuyaux flexibles, toujours dangereux, ou de conduites articulées encombrantes.

La référence 52 est un crochet intermédiaire coulissant le long de l'affût et dont la constitution et le fonctionnement font l'objet du brevet FR-8903602. Le but de sa présence est le support de la tige 26 après son extraction du trou de coulée selon la figure 5 lorsqu'elle n'est plus supportée par l'appui avant suite à un raccourcissement dû à la disparition de sa pointe par fusion dans le four.

On va maintenant décrire le fonctionnement de la machine pour introduire la tige 26 dans le trou de coulée et pour l'en extraire. En vue de l'introduction de la tige 26 celle-ci est chargée dans la machine, de préférence lorsque celle-ci se trouve dans la position de garage et que les deux vérins 40, 42 occupent la position selon la figure 1. Le chargement est réalisé en enfilant la tige 26 à travers la pince 34 dans l'accouplement 30 de l'outil de travail 32. Durant ce chargement, les volets de l'appui avant 28 sont de préférence ouverts pour faciliter le chargement de la tige 26 et peuvent être refermés immédiatement après pour supporter la partie avant de la tige 26.

Lorsque la tige 26 est en place selon la figure 1, le vérin 42 est actionné à fond pour faire avancer le vérin 40 et la pince 34 dans la position selon la figure 2, la pince 34, n'étant pas activée, peut glisser librement par rapport à la tige 26 qui est maintenue par l'outil de travail 32. En principe il serait possible d'avancer les vérins 40, 42 dans la position opérative selon la figure 2 avant de charger la tige 26, mais il est plus facile d'engager la tige lorsque les vérins 40, 42 occupent la position retirée selon la figure 1. A partir de la position de la figure 2 on peut entamer le processus d'introduction de la tige 26 dans la masse du trou de coulée. Cette opération s'effectue de la même manière que celle proposée par la demande de brevet luxembourgeois No 87 915. A cet effet, le vérin 40 et la pince 34 sont activés simultanément, ce gui a pour effet de fermer la pince 34 et de la déplacer de la position de la figure 2 vers celle de la figure 3 en entraînant la tige 26 et l'outil de travail 32. Le sens du fluide hydraulique est ensuite inversé ce qui a pour effet d'ouvrir la pince 34 et de la reculer sous l'action du vérin 40 dans la position de la figure 2, la tige 26 restant en place étant donné que la pince 34 est ouverte et peut coulisser le long de la tige immobile 26. Ce va-et-vient de la pince 34 est ensuite répété autant de fois que nécessaire pour introduire la tige 26 dans le trou de coulée.

Pour extraire la tige du trou de coulée l'affût 20 est déplacé vers le trou de coulée, l'appui 28 étant, de préférence, ouvert pour ne pas heurter l'extrémité de la tige 26 émergeant du trou de coulée. La pince 34 est ensuite déplacée par les deux pistons 40 et 42 dans la position de la figure 4 dans laquelle, lorsque l'affût est correctement positionné, l'extrémité libre de la tige 26 dans le trou de coulée est engagée à travers la pince 34. Le circuit d'alimentation de la pince 34 est ensuite inversé de manière que la pince 34 se ferme automatiquement lorsque la tige 38 est rétractée dans le vérin 40. Les deux vérins 40, 42 sont ensuite actionnés simultanément ce qui a pour effet de déclencher le mouvement de retrait des deux vérins 40 et 42 en direction de la position de la figure 5, la pince 34 entraînant la tige 26. L'appui 28 aura été fermé avant le déclenchement du mouvement de retrait de la pince 24 pour supporter la tige 26 lorsque son extrémité est dégagée du four et pour former un bouclier de protection de la partie avant de la machine.

Lorsque les deux vérins 40, 42 sont bien équilibrés entre eux et que les surfaces actives de leurs pistons sont égales, ils fonctionnent simultanément, de sorte que leurs actions se superposent pour accélérer le déplacement de la pince 34 de la position de la figure 4 vers celle de la figure 5.

Comparé au procédé d'extraction proposé par la demande de brevet EP 0 379 018, la pince 34 n'effectue plus le mouvement de va-et-vient à l'avant de la machine lors de la phase d'extraction, mais elle est reculée d'un mouvement continu vers la position de la figure 1. La pince 34 est donc éloignée rapidement de la zone dangereuse et se trouve à l'abri d'éclaboussures lorsque l'extrémité avant de la tige 26 libère le trou de coulée et que la matière en fusion jaillit de celui-ci.

On va maintenant résumer à l'aide du tableau ci-dessous 1'alimentation coordonnée des deux vérins en référence au tableau ci-dessous et à la figure 7 pour l'introduction et l'extraction de la tige.

X : conduite sous pression o : conduite dépressiorisée

Les opérations 1-4 sont réalisées successivement par la commande des pressions dans les conduites a-c en vue de l'introduction de la tige 26, les opérations 2 et 3 devant être répétées plusieurs fois pour assurer le mouvement alternatif de va-et-vient de la pince 34 entre les positions des figures 2 et 3. L'extraction de la tige 26 selon les figures 4 et 5 ne comporte que les opérations 5 et 6.

Claims (8)

1 . Machine de perçage d'un trou de coulée d'un four à cuve conçu pour la mise en oeuvre du procédé de la tige perdue, selon lequel, après avoir obturé le trou de coulée avec une masse de bouchage, on enfonce dans celle-ci, avant son durcissement complet, une tige métallique (26) et à extraire celle-ci, au moment voulu, en vue de l'ouverture du trou de coulée et comprenant un affût (20), avec un appui fixe (28) à l'avant de l'affût (20), un appui coulissant (30), à l'arrière de l'affût (20) et une pince bi-directionnelle (34), montée de façon coulissante sur l'affût (20) et déplaçable le long de celui-ci sous l'action d'un premier vérin hydraulique (40), caractérisée en ce que ledit premier vérin (40) est, lui-même, monté de façon coulissante sur l'affût (20) et déplaçable le long de celui-ci sous l'action d'un second vérin hydraulique (42).

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier vérin (40) est fixé au cylindre dudit second vérin (42) dont l'extrémité de la tige de piston (44) est ancrée à l'arrière de l'affût (20).

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pince (34) est reliée à l'extrémité de la tige de piston (38) du premier vérin (40) par l'intermédiaire d'un patin (36) coulissant le long de l'affût (20).

4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le cylindre du premier vérin (40) et le patin (36) sont portés par des galets de roulement guidés dans deux rails (22, 24) entre deux poutres (20a, 20b) formant l'affût (20).

5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'appui arrière est constitué par un accouplement (30) avec un outil de travail (32) monté sur un chariot (31) coulissant le long de l'affût (20).

6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'appui avant (28) est constitué par deux volets pivotants définissant, entre eux, une ouverture de passage et de support de la tige (26) et formant, en même temps, bouclier de protection contre les éclaboussures issues du trou de coulée.

7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le second vérin (42) est alimenté en fluide hydraulique à travers sa tige de piston (44).

8. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le premier vérin (40) est alimenté en fluide hydraulique à travers le second vérin (42).