Brevet FR2160823A1 — publié le 19730706

La présente invention concerne une tuvère à laitier refroidie, particulièrement utile sur des hauts fourneaux fonctionnant à contre-pression. Les tuyères classinues, constituées essentiellement de deux troncs de cone en cuivre de diamètres différents, insérés coaxialement l'un dans l'autre et fermés aux deux extrémités de façon à définir entre eux un espace annulaire nour le réfrigérant et a délimiter un nassane tronconinue pour l'écoulement du laitier, présentent comme désavantaoes majeurs nue leur durée de vie est très limitée et nue le débouchaqe ne s'or'ère souvent aue très difficilement,avec endommagement du canon de bouchage. En effet, lors de l'écoulement du laitier les aouttes de fonte, qui traversent en continu la couche de laitier vers le creuset du haut fourneau, sont entrainées au voisinage du trou à laitier avec le courant de laitier et viennent en contact essentiellement avec le rebord intérieur de la partie inférieure du nez de la tuyère. Cette partie très exposée,et généralement insuffisamment refroidie,est rapidement usee, notamment brulee ou percée, et la tuyère doit être mise au rebut. En outre, des frais d'entretien considérables des canons de bouchage des trous à laitier résultent de leur endommagement au cours du débouchage. Lors du rebouchage du trou à laitier le bouchon métallique refroidi, aui a une forme tronconioue adaptée exactement a celle du passage de coulée, vient se loger contre la paroi de la tuyère chauffée par le laitier aui s'est écoulé. A la suite du retrait de la paroi de la tuyère lors de son refroidissement le bouchon est coincé par la tuvère et ne peut très souvent pas être dégagé sans endommager le canon de bouchage. La nrésente invention a pour but de supnrimer les inconvénients précités et de prolonger ainsi la durée de service des tuvères a laitier et du canon de bouchage. La tuvère a laitier suivant l'invention, qui comprend l'instar des tuyères classiques,deux parois coaxiales latérales extérieure et interieure définissant entre elles un espace fermé pour la circulation du réfrigérant, se caractérise en ce aue le nassaae délimité nar la paroi interieure est constitué par une zone cvlindricue de perte de charge et par une partie terminale à évasement conioue, la transition entre zone cylindrinue et partie tronconique étant formee par un épaulement contre le rebord duquel vient s'aPpuyer le bouchon. En substituant au trou de coulée tronconique un trou de coulée cylindrique, on arrive à créer une perte de charge plus importante, ce qui a pour effet que les gouttes de fonte passant verticalement au voisinage de la tuyère ne sont plus entralnées avec le laitier nar le trou de coulée et ne viennent plus en contact avec la partie inférieure interieure du nez de la tuyère, de sorte qu'un des principaux facteurs de l'usure rapide se trouve considérablement atténué. Le bouchon refroidi oui est inséré a la fin de la coulée dans la tuyère se compose d'une partie extérieure cviindrinue, d'une partie médiane formant un collier sphérique et d'une partie terminale légèrement conique. Le collier vient s'appuyer sur 1' arete légèrement arrondie formée dans la paroi intérieure de la tuyère. Le siege entre tuyère et bouchon consiste donc dans une simple ligne de contact situee dans un plan vertical permettant le retrait de la paroi interieure de la tuyère sans coincement du bouchon,d'autant plus qu'entre la paroi de la partie cylindrique de la tuyère et la surface de la partie terminale conique du bouchon, il reste un espace libre s'evasant légèrement vers le nez de la tuyère.Au bouchage,cet espace libre se remplit de laitier qui se fige et aide a garantir l'étanchéité du bouchage sans rendre Pour autant le débouchage plus difficile. L'adduction de l'eau de refroidissement dans l'espace défini entre les deux parois de la tuyère se fait au moyen d'au moins un plongeur traversant la culasse. Le plongeur est constitue par un tube droit de section circulaire ou aplatie dont la partie terminale est munie d'une fente longitudinale latérale dimensionnee de façon a ce que la vitesse de sortie de l'eau est d'au moins 2m/s et de préférence 3m/s. Le fond du plongeur étant fermé, un jet d'eau de forme complexe se. dirige vers la paroi interne du nez, partie la plus sollicitée thermiouement. L'eau traverse ensuite à vitesse élevée la chambre de refroidissement dans un mouvement giratoire et la quitte après plusieurs révolutions a travers l'ouverture d'évacuation dans la culasse, entrainant avec elle les matières en suspension. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description et des exemples, donnés dans un but non limitatif. La figure 1 est une coupe longitudinale a travers une tuyère suivant l'invention. La figure 2 est une vue en élévation de la tuyère représentée dans la figure 1. La figure 3 est une coupe longitudinale a travers le bouchon suivant l'invention. La tuyère a laitier représentée dans les figures 1 et 2 est constituée par un corps creux 10, qui est refroidi par circulation d'eau et qui délimite le passage de coulée 14. Ce passage de coulée 14 est constitué dans la direction d'ecoulement du laitier par une zone cylindrique de perte de charqe 141 suivie d'une partie terminale 143 a évasement conique. Le diamètre de la zone cylindrinue 141 est Plus Petit que le diamètre de. la Petite base du tronc de cône 143, ( titre d'exemple ces diamètres peuvent etre de PO mm et 115 mm), de sorte ou'entre ces deux parties la paroi intérieure de la tuyère forme un épaulement 142, dont le rebord faiblement arrondi sert de siège au bouchon 20. La zone cylindrique 141 occupe utilement environ la moitié de la longueur de la tuyère. De plus, on peut de maniere en soi connue, nrévoir une face oblioue. L'inclinaison de la face de la tuyère renrésentée dans la figure 1 est de 150. Le bouchon refroidi 20 suivant l'invention se distingue des bouchons classiques en ce qu'entre une partie extérieure cylindrique 23 et une partie terminale légèrement coninue 21, il comprend une partie médiane 22 formee par un collier dont au moins la face antérieure est de forme spherioue. Ce collier 22 vient s'appuyer lors du bouchage sur l'arête 142 de la paroi de la tuyère, alors que la partie terminale 21 du bouchon s'engage dans la zone cylindrique 141 du passage de coulée 14 sans entrer en contact avec cette partie de la tuyère. Le seul contact entre bouchon 20 et tuyère 10 a lieu sur une ligne périphérique entre collier 22 et arête 142.L'étanchéité est garantie nar la pression superficielle du bouchon 20 sur son siège 142 et par la pellicule de laitier solidifiée entre la partie conique 21 du bouchon et la partie cylindrique 141 de la tuyère. Avec l'ensemble tuyère bouchon ainsi conçu, le débouchage ne pose plus la moindre difficulte. La chambre de refroidissement 17 de la tuyère est fermée par une culasse 13, qui comprend des ouvertures 150 et 173 pour l'adduction et l'éva- cuation de l'eau de refroidissement, ainsi ou une assise 18 pour la tige de fixation refroidie. L'eau est amenée dans la zone réfrigérée par le plongeur droit 150, oui peut être de section circulaire ou aplatie. Ce plongeur 150, qui pénètre iusau'a une distance connrise entre 5 et 25 mm de la paroi intérieure du nez 12, a comme particularité ou'il est muni d'une fente longitudinale latérale 151 se prolongeant jusqu'a sa hase fermée. Le jet d'eau sort oblicuement de la fente 151 et balaie directement et avec grande intensité la face intérieure du nez de la tuyère et traverse ensuite la chambre 17 dans un mouvement giratoire. La fente est dimensionnée de telle façon que la vitesse de sortie de l'eau est d'environ 3m/s pour un débit d'environ 2002/minute. L'eau circulant a grande vitesse dans une enceinte qui ne présente pas de coins morts, il ne se forme pas de dépôts et les matières en susnension sont projetées par la force centrifuge vers la paroi extérieure et évacuées par le trou de sortie de l'eau de refroidissement. Comme il ressort du mode de réalisation représenté sur la figure 2, la tuyère est munie d'un seul plongeur 150 et d'une seule ouverture d'évacuation de l'eau 173,espacés radialement et formant entre eux un angle de 50 . Il est évident oue le nombre des plongeurs et éventuellement le nombre des ouvertures de décharge de l'eau, peuvent être multiplies. Ce système de refroidissement tres efficace peut avec avantage être utilisé egalement en relation avec les tuyères à vent d'un haut fourneau. Dans ce cas, le corps des tuyères a vent pourra être constitué, ainsi qu'il sera décrit ci-dessous pour les tuyères a laitier, en un acier non allié. Par suite de la configuration du passage de coulée 14, l'espace réfrigéré 17 est formé de deux chambres annulaires 171 et 172 contigües et intercommunicantes de forme différente. Le bouchon 20 prend appui sur le rebord 142 légèrement arrondi de la chambre frontale 171. Les efforts agissant sur le siège du bouchon étant relativement importants, il est préférable de prévoir pour l'épaulement une surépaisseur qui est un multiple de l'épaisseur de paroi du restant du passage de coulée 14, par exemple 15 mm pour l'epaulement, contre 5 mm pour la paroi.De plus, on prévoit a l'intérieur de la chambre de refroidissement 17 des raidisseurs 16 qui servent a rapporter en partie les efforts sur le siège tuyère-tvmpe. Ces raidisseurs 16,fixés au manteau extérieur 11 et a la paroi du passage de coulee 14 de la tuyere,servent en même temps de redresseurs pour garantir l'écoulement laminaire de l'eau de refroidissement. En effet, a la hauteur de l'épaulement, la section de l'espace réfrigéré 17 diminue brusquement et l'écoulement de l'eau risquerait de devenir tourbillonnaire, ce qu'il s'agit d'éviter.A cet effet, les redresseurs,qui sont au nombre de trois dans le mode de realisation represente, sont inclinés de 1200 par rapport a l'axe de la tuyère. Le corps des tuyères à laitier est jusqu'à présent constitué soit de cuivre, soit d'acier allié a résistance élevée à haute température. Or, comme le refroidissement suivant l'invention est extrêmement efficace, et comme pour les faibles épaisseurs de paroi entrant en ligne de compte, la différence entre les coefficients de conductibilité calorifique du cuivre et de l'acier n'a pas une grande importance pour la transmission de la chaleur, il s'est avéré plus économique d'avoir recours a une qualité d'acier non alliée courante, comme par exemnle, une qualité chaudiere ou effervescente. La paroi intérieure est formée en une pièce,a l'aide d'un marteau mécanique,a partir d'une ébauche cylindrique en acier, à chaud.Elle a une épaisseur de paroi de 5mm, et montre une surépaisseur de 15 mm a l'épaulement. Rien ne s oppose évidemment à fabriquer la paroi intérieure en deux ou trois Darties et a assembler ces tarties par soudage. La partie formant le nez de la tuyère est façonnée par emboutissage. Le manteau exterieur 11. aui vient s'apnirver sur une Partie de sa longueur comtre la tympe, et la paroi intérieure de la tuyère sont reliés par soudure au nez 12 et a la culasse 13. La production est donc des plus simples et ne pose pas de problème technique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses autres variantes, accessibles a l'homme de l'art, sans oue l'on s'écarte de l'esnrit de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Tuyere a laitier refroidie, comprenant deux parois coaxiales latérales exterieure et intérieure définissant entre elles un espace ferme pour la circulation du refrigerant, caractériséeen ce que le passage délimité par la paroi intérieure est constitué par une zone cylindrique de perte de charge et par une partie terminale a évasement conique, la transition entre zone cylindrique et partie tronconique étant formée par un épaulement contre le rebord duquel vient s'appuyer le bouchon. 2. - Tuyère suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est en acier non allié. 3. - Tuyère suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie de sa paroi interieure est façonnée a l'aide d'un marteau mécanique a partir d'une ébauche cylindrique,à chaud. 4. - Tuyere suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi intérieure entière est façonnée en une seule pièce. 5. - Tuyère suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le nez de la tuyère est façonné par emboutissage. 6. -Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le manteau et la paroi intérieure de la tuyère sont reliés par soudage au nez et a la culasse. 7. - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la face du nez de la tuyère est oblique. 8. - Tuyère suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le bouchon refroidi servant a son obturation comprend entre une partie extérieure cylindrique et une partie terminale légèrement conique,une partie médiane formée par un collier dont au moins la face antérieure est de forme sphérique) 9. - Tuyère suivant la revendication 1 ou 7, caractérisée en ce que le collier du bouchon et l'épaulement de la paroi intérieure de la tuyère se touchent suivant une ligne de contact située dans un plan vertical,ce qui permet le retrait de la paroi intérieure de la tuyère sans coincement du bouchon. 10. - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1, 8 ou 9, caractérisée en ce qu'entre la partie cylindrique 141 de la tuyère et la partie terminale légèrement conique 21 du bouchon mis en place dans la tuyere, il reste un espace libre s'évasant vers le nez de la tuyère. 11. - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un plongeur constitue par un tube droit de section circulaire ou aplatie dont la partie terminale est munie d'une fente longitudinale latérale dirigeant l'eau de refroidissement obliquement vers le nez de la tuyère et conferant a l'eau de refroidissement une rotation énergique. 12. - Tuvère suivant la revendication 11, caractérisée en ce que la vitesse de sortie de l'eau de la fente du plongeur est d'au moins 2m/s et de préférence 3m/s, et en ce que le débit est d'au moins 120Z/minute et de préférence 200e/minute. 13. - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'épaulement est un multiple de celle du restant de la paroi intérieure de la tuyère. 14. - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 13, caractérisée en ce qu'elle comprend entre son manteau exterieur et sa paroi intérieure, à la hauteur de l'épaulement, des raidisseurs-redresseurs servant à garantir l'écoulement laminaire de l'eau et à rapporter en partie sur le siege tuyère-tympe les efforts de pression exercés par le bouchon sur son siège. 15. - Tuyère suivant la revendication 14, caractérisée en ce que les raidisseurs-redresseurs sont inclinés de 120 par rapport a l'axe de la tuyère.