Brevet FR2207190A1 — publié le 19740614

La présente invention concerne les lances d'insufflation d'oxygène contenant ou non des produits pulvérulents en suspension, notamment les lances utilisées pour l'affinage de la fonte en acier. Elle se rapporte a tous les types de lances comprenant plusieurs tubes concentriques, quelles soient à simple ou double flux, avec ou sans striction à un trou ou à trous multiples. Ces lances, quel que soit leur modèle, comportent toutes une circulation d'eau de refroidissement, car elles ne pourraient supporter sans dommages les températures élevées qui règnent dans les enceintes où elles sont introduites. Malgré ce refroidissement énergique, on ne peut éviter un échauffement des différents tubes constitutifs de la lance surtout au niveau de ltextrémi- té introduite dans l'enceinte d'affinage, échauffement qui provoque une dilatation notable des tubes et des contraintes de l'ensemble. On conçoit que, par suite de leur position concentrique, les tubes ne se dilatent ni ne se rétreignent régulièrement et il apparaît une dilatation différentielle qui développe dans la lance des efforts pouvant la déformer et même en entraîner la rupture lorsque les tubes sont assemblés rigidement les uns aux autres. C' est ainsi qu'au cours du refroidissement si le tube intérieur ne se rétracte pas identiquement au tube extérieur, il se développe au niveau de la buse des efforts importants qui entraînent la détérioration de cette dernière. On a même constaté une déformation telle de la partie inférieure de la buse que le conduit de circulation du liquide de refroidissement était pratiquement obstrué.La buse étant un élément coûteux, on comprend que l'on ait recherché des moyens pour remédier à cette dilatation différentielle. Une des solutions proposées consiste à ne plus relier rigidement les tubes dans leur partie haute afin de permettre un certain coulissement relatif à ce niveau. Toutefois, si cette solution s'est avérée satisfaisante dans le cas de lances de longueur modérée, elle s'est révélée insuffisante lorsque la longueur des lances atteint ou dépasse 8 m. A ce propos, on rappellera que les lances qui équipent les gros convertisseurs peuvent avoir des longueurs de 25 à 30 m.En raison meme de cette longueur, le coulissement localisé dans la partie haute est loin d'être efficace et l'on constate souvent un gauchissement du tube intérieur avec de nouvelles apparitions d'efforts qui se développent au niveau de la buse. Le but de la présente invention est de fournir des lances à coulissement total permettant un déplacement relatif des tubes les uns par rapport aux autres. A cet effet, l'invention a pour objet une lance pour l'insufflation d'un courant doxygène et de produits pulvérulents dans un récipient d'affinage de la fonte comprenant une série de tubes concentriques définissant des espaces isolés pour le passage des agents d'affinage et une double enceinte pour la circulation du liquide de refroidissement et équipée d'une buse à son extrémité. Selon l'invention les tubes intérieurs de la lance sont prolongés à leur partie inférieure par des éléments tubulaires, d'un diamètre différent de celui du tube intérieur correspondant, assemblés par emboîtage sur lesdits tubes correspondants, les éléments tubulaires étant pourvus de moyens d'étanchéité autorisant le coulissement des surfaces emboîtées. Toujours selon l'invention, les moyens d'étanchéité autorisant le coulis soient des surfaces emboîtées sont constitués par des joints de section cruciforme disposés dans des gorges. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'étanchéité autorisant le coulissement du tube et de l'élément tubulaire qui constituent la paroi interne de la double enceinte de refroidis soient sont formés par des dépôts de chrome sur les surfaces de coulissement. Une autre caractéristique de l'invention porte sur la partie terminale en forme de goutte d'eau de l'élément tubulaire constituant l'extrémité de la paroi interne de la double enceinte Cet élément dont la forme est étudiée pour obtenir un écoulement optimal du fluide de refroidissement est susceptible d'entrer en vibration, d'où des risques de rupture. Pour remédier à cet inconvénient, la partie en goutte d'eau est fixée sur l'élément tubulaire correspondant par l'intermédiaire de "silenblocs" dont les supports sont fixés sur la face extérieure de 1 'élément tubulaire de diamètre inédiatement inférieur. Enfin, les tubes intérieurs des lances conformes à l'invention sont équi- pés de trois séries d'ailettes de centrage espacées angulairement de 120e, chaque série d'ailettes étant disposée hélicoidalement sur la longueur du tube. On comprend donc que l'invention vise à assurer un coulissement efficace des éléments tubulaires et des tubes en reportant ce coulissement à la base de la lance, contrairement à l'usage établi qui est de le situer en haut de la lance, et en prévoyant un coulissement pour chaque tube constitutif de la lance. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce à la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif en regard de la planche de dessin sur laquelle : la figure 1 représente une vue en coupe d'une lance à striction, la figure 2 est une vue en perspective d'un tube montrant la disposition des ailettes de centrage. La lance représentée sur la figure 1 est constituée de quatre tubes concentriques. Un premier tube 1 destiné à l'injection de l'oxygène primaire chargé de matières pulvérulentes, un tube 2 utilisé pour l'introduction du courant d'oxygène secondaire destiné à la striction du courant primaire et des tubes 3 et 4 constituant une double enceinte pour la circulation de l'eau de refroidissement. En se reportant à la partie inférieure de la figure, on remarque que le tube intérieur t est prolongé par un élément tubulaire 5 comportant l'hélice de striction schématisée en 6. On voit également que le diamètre de cet élément 5 est légèrement supérieur à celui du tube 1, ce qui permet son emboitekent sur ce dernier.Des joints 7 disposés dans des gorges 8 assurent l'étanchéité de l'assemblage tout en autorisant un coulissement respectif de l'ensemble. Ces joints sont en matériau résistant à l'oxygène et de section cruciforme. Il est toutefois possible d'utiliser d'autres modèles de joints moyennant une adaptation adéquate. Toutefois, les joints toriques sont à proscrire car ils sont susceptibles de se vriller lors du coulissement des tubes. De la rnême manière, le tube 2 est prolongé par un élément tubulaire 9 dont le diamètre dans ce cas est inférieur à celui du tube 2 et permet un emboitement intérieur. Le système d'étanchéité est également constitué par des joints 10 logés dans des gorges 11. On notera que la partie inférieure de l'élément tubulaire 9 comporte un filetage 12 sur lequel vient se visser la buse 13 constituant la partie terminale de la lance.L'élément tubulaire 9 présente un épaulement intérieur 23 jouant le rôle de butée pour l'élément tubulaire 5. Enfin, le tube 3 est également prolongé par un élément tubulaire 14 de diamètre inférieur emboîté intérieurement dans le tube 3. Dans le modèle représenté sur la figure, l'étanchéité entre les organes 3 et 14 est assurée par le contact direct de deux revêtements de chrome déposés sur les surfaces de glissement. En effet, à ce niveau, le fluide circulant de part et d'autre est de l'eau' et l'étanchéité absolue n'est pas indispensable. On remarquera en examinant la figure la forme particulière "en goutte d'eau" de la partie terminale 15 de l'élément 14.La forme très étudiée de cette extrémité permet d'obtenir un conduit de circulation d'eau à section variable au niveau de la buse 13 et, de ce fait, une vitesse de circulation du fluide variable la mieux adaptée au refroidissement. A propos de cet élement qui est assez delicat, on a réalisé un montage par "silenbloc" pour éviter l'apparition de vibrations. A cet effet, cet élément goutte d'eau 15 est raccordé à ltélément tubulaire par l'interaediaire des "silenblocs" 16. Ces "silenblocs" sont maintenus de façon classique par des supports 17 fixés sur la paroi extérieure du tube 2. La buse 13 quant à elle est vissée sur la partie inférieure de l'élément tubulaire 9 puis après blocage brasée sur le tube extérieur en 18. Par ailleurs, il est important que, pour les longueurs de lance envisagéies, les tubes soient bien centrés les uns par rapport aux autres. Ce centrage est obtenu au moyen de trois séries d'ailettes 19 décalées angulairement de 1206 (figure 2). Initialement chaque rangée d'ailettes était située dans un même plan. L'expérience ayant montré que cette disposition n'assurait pas toujours un centrage satisfaisant, le demandeur a disposé chaque rangée hélicoidalement le long de chaque tube comte cela est visible sur la figure 2. De cette façon, on obtient un centrage parfait et une position rigoureuse des tubes qui contribue à assurer un bon coulissement des éléments tubulaires. Dans leur partie supérieure, les tubes sont fixés rigidement par des assener blages très classiques schématisés en 20, 21, 22. Si l'zon se reporte à la figure 1, on remarque que dans le type de lance, objet de l'invention, c'est le tube extérieur 4 qui assure le maintien de tous les éléments tubulaires décrits lorsque la buse est mise en place. En effet, l'élément tubulaire 9 est solidaire du tube 4 par l'intermédiaire de la buse 13et du filetage 12, l'élément tubulaire 5 est en contact avec l'épaulement 23 et supporté en définitive par le tube 4 et l'élément tubulaire I est relié à l'élément 9 par l'intermédiaire des "silenblocs" et de ce fait en relation mecanique avec le tube 4.On comprend donc que tous ces éléments étant libres de coulisser le long des tubes correspondants, ils suivront fidèlement tous les déplacements du tube 4 provoqués par les dilatations et les contractions. Du fait de cette mobilité de l'ensemble terminal de la lance, il est bien évident que l'on nta plus à craindre de voir se développer des efforts néfastes sur la buse par l'intermédiaire du tube central puisque, lors de la contraction du tube 4, l'élément 5 et l'élément 9 remonteront par coulissement le long des tubes I ET 2. L'expérience a montré que l'on ne constatait aucune détérioration mécanique de la buse ni altération du profil du circuit de refroidissement. La tenue des lances est par ailleurs notablement augmentée puisque l'on a pu effectuer couramment jusqu'à 450 opérations d'affinage avec une même lance. En outre, le démontage de l'extrémité est grandement facilité. En effet, après avoir découpé le tube extérieur et dévissé la buse, on peut extraire tous les éléments tubulaires coulissants sans aucune difficulté. I1 est bien entendu que cette disposition est applicable à tous les types de lance bien que la description se réfère à une lance à striction. De me, ltemboîtement des tubes peut être quelconque intérieur ou extérieur, selon les impératifs technologiques. REVENDICATIONS 1 - Lance pour l'insufflation d'un courant d'oxygène et de produits pulvérulents dans un récipient d'affinage de la fonte comprenant une série de tubes concentriques définissant des espaces isolés pour le passage des agents d'affinage et une double enceinte pour la circulation du liquide de refroidissement et équipée d'une buse à son extrémité caractérisée en ce que les tubes intérieurs sont prolongés à leur extrémité inférieure par des éléments tubulaires, d'un diamètre différent de celui du tube intérieur correspondant, assemblés par emboltage sur lesdits tubes correspondants et en ce que les éléments tubulaires sont pourvus de moyens d'étanchéité autorisant le coulissement des surfaces emboîtées. 2 - Lance selon la revendication I caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité autorisant le coulissement des surfaces emboîtées sont constitués par des joints à section cruciforme disposés dans des gorges. 3 - Lance selon la revendication I caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité autorisant le coulissement du tube et de l'élément tubulaire correspondant qui constituent la paroi interne de la double enceinte de refroidissement sont formés par des couches de chrome déposés sur les surfaces en contact. 4 - Lance selon la revendication I caractérisée en ce que la partie terminale de l'élément tubulaire constituant l'extrémité de la paroi interne de la double enceinte étant en forme de goutte dteau, cette partie terminale est fixée sur l'élément tubulaire correspondant par l'inter médiaire de "silenb locs". 5 - Lance selon la revendication 4 caractérisée en ce que les supports de "silenblocs" sont fixés sur la face extérieure de ltélément tubulaire de diamètre immédiatement inférieur. 6 - Lance selon la revendication I caractérisée en ce que les tubes intérieurs sont équipés de trois séries d'ailettes de centrage espacées angulairement de I0, chaque série d'ailettes étant disposée hélicoidalement sur la longueur du tube.