Brevet FR2146970A1 — publié le 19730309

La présente invention concerne un dispositif d'insufflation et d'injection de fluides, c'est-à-dire de gaz ou de liquides, dans des tuyères à alimentation multiple séparée, utilisables par exemple pour l'affinage des métaux. Pendant longtemps, les convertisseurs d'aciérie ont utilisé comme agent de soufflage une phase gazeuse unique, soit de l'air ordinaire, soit de l'air enrichi en oxygène, soit des mélanges rLdlSB, tels qu'oxygène et vapeur d'eau, etc ... Cette phase gazeuse insuffiée était appelée vent de soufflage. Elle était introduite dans de nombreuses tuyères au moyen d'une boite à vent alimentée sous une pression relativement faible, de tordre de 2,5 bars. Chaque jet de vent de soufflage ne comportait qu'une seule alimentation. Plus récemment sont apparues des tuyères à double alimentation séparée, constituées de 2 tubes concentriques, et insufflant au centre un premier fluide, qui est en général un gaz oxydant, par exemple de oxygène pur ou encorde un mélange de plusieurs gaz, et à la périphérie un fluide refroidissant et protecteur. Ces deux fluides sont généralement introduits sous une pression notablement supérieure à 2,5 bars. La présence de deux fluides distincts, à alimentation séparée dans chaque tuyère, et aussi la plus haute pression de ces fluides, obligent à éliminer la boite à vent traditionnelle, et à recourir å des dispositifs d'insufflation spéciaux, capables de rester étanches malgré la pression des fluides utilisés. Cettannsde ces dispositifs nouveaux ont déjà été décrits dans des brevets d'invention déposés en rance par la demanderesse (Brevet nO 1 555 549 du 5.7.1967, et ses additions nO 94 892 du 17.6.1968, NO PV 69 01640 du 28.1.1969, et nO PV 69 38151 du 6.11.69). Mais ces dispositifs comportaient des joints en matière plastique, qui ne fonctionnaient correctement qu'au-dessous d'une certaine température maximale comprise, selon la nature de ces joints, entre 2000C et 250 C. le but de la présente invention est de réaliser un dispositif d'introduction d'au moins deux fluides distincts dans des tuyères à double alimentation séparée, ou même à alimentation multiple séparée, susceptible de fonctionner correctement non seulement sous les hautes pressions, mais aussi à température très notablement plus élevée que 2500C, tout en ménageant la possibilité de contrôler la longueur résiduelle de la tuyère en service, entre deux opérations. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un dispositif d'introduction séparée de deux fluides distincts sous pression, dans des tuyères à double alimentation séparée, comprenant deux tubes concentriques, ce dispositif étant caractérisé en ce que, du c8té de l'alimentation, le tube intérieur est plus long que le tube extérieur, et en ce que chacun d'eux est pourvu sur sa face externe, à un niveau où l'autre tube ne parvient pas, d'au moins un joint métalloplastique annulaire en forme de bicône, formant étan chéité par compression résultant d'un vissage ou d'un clavetage ou de tout autre moyen de compression, entre deux pièces de serrage disposées autour du tube considéré, et dont l'une peut constituer une chambre d'alimentation en fluide du tube qui entoure le tube considéré. La présente invention a aussi pour objet un dispositif d'introduction séparée de plusieurs fluides distincts sous pression, dans des tuyères à multiple alimentation séparée, comprenant plusieurs tubes concentriques, ce dispositif étant caractérisé en ce que, du coté de l'alimentation, chaque tube est plus long que le tube qui l'entoure, et en ce que chaque tube est pourvu, sur sa face externe, à un niveau où le tube qui l'entoure ne parvient pas, d'au moins un joint métalloplastique annulaire en forme de icône, formant étanchéité par compression, résultant d'un vissage, ou d'un clavetage, ou de tout autre moyen de compression, entre deux pièces de serrage disposées autour du tube considéré, et dont l'une peut constituer une chambre d'alimentation en fluide du tube qui entoure le tube considéré. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, le nombre de joints métalloplastiques disposés autour du tube le plus extérieur est de deux, le premier de ces joints ayant pour effet de s'opposer aux fuites de fluides en provenance du nez de la tuyère et susceptibles de s'infiltrer en retour entre ce tube extérieur et la pièce qui entoure, le second de ces joints placé en amont du précédent, ayant pour effet de s'opposer aux fuites du fluide alimentant ce tube extérieur. Suivant une autre caractéristique particulière de l'in invention, chacun des tubes autres que le tube le plus extérieur ne comporte sur sa face externe qu'un seul joint, ayant pour effet de opposer aux fuites du luide alimentant le tube qui entoure le tube considéré. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invent ion, le tube extérieur de chaque tuyère peut être mis en place à travers la plaque de fond du convertisseur avant même la confection du fond en matière réfractaire, et ses deux extrémités libres sont alors provisoirement obturées pendant toute la confection du fond, le ou les autres tubes constituant la tuyère n'étant enfilés dans le tube extérieur déjà en place et fixés après lui -'après confection et cuisson du fond réfractaire, et enlèvement des obturateurs d'extrémités. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, la pièce coudée qui alimente en fluide le tube intérieur de la tuyère est munie, au coude, dans l'axe de la tuyère, d'un moyen d'accès démontable, permettant d'effectuer en service un con truble de la longueur restante du tube intérieur de la tuyère. Comme on le comprend, l'un des principaux avantages de la présente invention est d'assurer une alimentation séparée, de deux ou de plusieurs fluides, dans une tuyère à deux ou plusieurs tubes concentriques, au moyen d'un dispositif conservant son étanchéité non seulement sous les hautes pressions, mais aussi à température élevée, notablement supérieure à 2500C. Un autre avantage de l'invention est de permettre une mise en place facile du dispositif d'alimentation et de tous les tubes constituant la tuyère, sauf le tube extérieur, après la confection et la cuisson de la matière réfractaire du fond, donc juste avant la mise en service du fond déjà placé dans le convertisseur. Un autre avantage de l'invention est de rendre possible et facile le contrôle en service de la longueur restante de la tuyère, entre deux charges du convertisseur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, pour alimenter une tuyère à double alimentation séparée, le tube central devant recevoir de l'oxygène pur, et le tube extérieur devant recevoir du fuel-oil. La figure 1 est une coupe verticale d'un tel dispositif selon l'invention. La figure 2 est une coupe verticale de l'extrémité amont du tube extérieur de la tuyère, munie de son bouchon d'obturation provisoire, utile pendant la confection et la cuisson du fond de convertisseur en matière réfractaire. Sur la figure 1, la plaque de fond 1, supportant le fond 2 en matière réfractaire reçoit une pièce cylindrique massive 3 en forme de tube épais et court qui se visse dans la plaque 2, tout en restant en saillie. le tube extérieur 4 de la tuyère double est enfilé à frottement doux, avec un léger jeu dans la pièce 3. il est en acier or vinaire Un premier joint métalloplastique 5, disposé en anneau autour de la partie saillante du tube 3, et présentant extérieurement une forme de bicorne, se trouve comprimé entre un écrou spécial 6 et la pièce 3 par vissage de l'écrou 6 sur la pièce 3. Ce joint 5 s'oppose au repassage de fuites en provenance du nez de la tuyère et susceptibles de s'infiltrer entre la pièce 3 et le tube 4. Un second joint métalloplastique 7, situé tout près de l'extrémité du tube extérieur 4, donc en amont du précédent 5, c'est à-dire plus bas lorsque le convertisseur est vertical; est également disposé en anneau autour du tube 3, et présente aussi extérieurement une forme de bicorne. il se trouve comprimé par vissage de l'écrou 8 sur la tête filetée 9 de la pièce 1G. Ce joint 7 s'oppose aux fuites de fuel-oil susceptibles de s'infiltrer entre le tube 4 et la tête 9 de la pièce 10. Cette pièce 10 constitue la chambre d'alimentation en fuel-oil du tube 4. Elle est disposée annulairement autour du tube 11 soufflant de l'oxygène pur, et oui est en cuivre. Elle reçoit du fuel-oil par son orifice latéral 12 relié par le raccord 13 au tube 14 d'alimentation en fuel-oil. Cette pièce 10 comporte une deuxième tête filetée 15 sur laquelle se visse l'écrou 16 pour comprimer un troisième joint métalloplastique 17, toujours en forme extérieure de bicorne, disposé autour d. tube 11 soufflant de l'oxygène. Ce joint 17 s'oppose aux fuites de fuel-oil entre le tube 11 et la tête 15 de la pièce 10. L'écrou 18 se visse sur l'extrémité du tube 11, d'une façon étanche, et raccorde ainsi le tube il à la conduite d'oxygène 19 par l'intermédiaire du coude 20. Ce coude 20 est muni d'un bouchon obturateur fileté 21, qu'il suffit de dévisser entre deux charges du convertisseur pour mesurer la longueur restante du tube 11 de la tuyère, au moyen d'une tige recourbée. La figure 2 représente, avant la confection et la cuisson du fond en réfractaire 2, la plaque de fond 1, la pièce 3, le tube extérieur 4 et le joint bicorne 5, après serrage par vissage de l'écrou 22 sur la pièce 3. L'écrou 22 est à tête pleine. C'est un obturateur, contrairement à l'écrou 6 de la figure 1. l'extrémité libre, vers l'extérieur, du tube 4 se trouve ainsi préservée contre les corps étrangers. il en est de même pour son autre extrémité, du côté de l'intérieur du convertisseur, non représentée sur la figure 2. Auprès confection et cuisson du fond réfractaire, le tube4 est débouché à ses deux extrémités, et l'on peut alors mettre en place la totalité du dispositif de la figure 1. il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de m8me qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REENDICATIONS 1. - Dispositif d'introduction séparée d'au moins deux fluides distincts sous pression, dans des tuyères à double ou à mul- tiple alimentation séparée, comprenant au moins deux tubes concentriques, ce dispositif étant caractérisé en ce que, du côté de l'alimentation, chaque tube est plus long que le tube qui l'entoure, et en ce que chaque tube est pourvu sur sa face externe, à un niveau où le tube qui l'entoure ne parvint pas, d'au moins un joint métalloplastique annulaire en forme de bicône, formant étanchéité par compression, résultant d'un vissage ou d'un clavetage, ou de tout autre moyen de compression, entre deux pièces de serrage disposées autour du tube considéré, et dont l'une peut constituer une chambre d'alimentation du tube qui entoure le tube considéré. 2. - Dispositif d'introduction séparée de fluides selon la revendication 1, caractérisé en ce aue le tube extérieur comporte sur sa face externe deux joints métalloplastiques en forme de bicône, le premier de ces joints ayant pour effet de s'opposer aux fuites de fluides en provenance du jet de la tuyère et susceptibles de s':hi- filtrer en retour entre ce tube extérieur et la pièce qui l'entoure, le second de ces joints, placé en amont du précédent, ayant pour effet de s'opposer aux fuites du fluide alimentant ce tube extérieur. 3. - Dispositif d'introduction séparée de fluides, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des tubes constituant la tuyère autre que le tube extérieur ne comporte sur sa face externe qu'un seul joint métalloplastique en forme de bicône, ayant pour effet de s'opposer aux fuites du fluide alimentant le tube qui entoure le tube considéré. 4. - Dispositif d'introduction séparée de fluides, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le tube extérieur de chaque tuyère peut être mis en place à travers la plaque de fond du convertisseur avant nêse la confection du fond en matière réfractaire, et en ce que ses deux extrémités libres sont alors provisoirement obturées pendant toute la confection du fond, le ou les autres tubes constituant la tuyère n'étant enfilés dans le tube extérieur déjà en place et fixés après lui qu'après confection et cuisson du fond réfractaire et enlèvement des obturateurs d'extrémités du tube extérieur. 5. - Dispositif d'introduction séparée de fluides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce coudée qui alimente en fluide le tube intérieur est munie au coude, dans l'axe de la tuyère, d'un moyen d'accès démontable, permettant d'effectuer en service un contrôle de la longueur restante du tube intérieur de la tuyère.