Brevet FR2397365A1 — publié le 19790209

Le secteur technique de l'invention est celui de la protection des écoulements de liquides par gaz. Le transvasement des liquides comprend fréquemment la formation de jets libres, exposés à des atmosphères qui peuvent leur être néfastes. Il a déjà été envisagé, notamment pour de tels jets, de les localiser dans des enceintes, dans lesquelles une atmosphère convenable peut autre entretenue. Mais les parois matérielles constitutives d'une telle eneeinte forment obstacle à une surveillance et à des interventions éventuiles. La présente invention a notamment pour but de pallier de tels inconvénients. Elle concerne à cet effet un procédé de protection d'un écoulement liquide, caractérisé par le fait qu'on entretient à la surface dudit liquide, notamment une surface en mouvement, au moins une enveloppe gazeuse, entratnée avec le liquide et cons tassent renouvelée, ce qui lui permet de constituer une couche correspondante de protection. Dans un iode de mise en oeuvre particulier avantageux d'un tel procédé, on peut envisager différents genres de protections, au moyen d'un gaz débarrassé de germes, pour une protection biologique, débarrassé de poussières, pour une protection physique, ou encore de nature ou composition telles qu'il soit neutre yis-d-vis du liquide én aouveaent, pour réaliser une protection chimique, ou actif en cas de besoin si une transforia- tion par réaction est zu contraire souhaitée. Ces différents types de protection peuvent d'ailleurs ttre diversement conjugués. Au contraire, dans d'autres applications, il est possible d'adjoindre aux gaz diverses substances, notamment des lubrifiants ou des isolants thermiques, sous forge vésiculaire ou granulaire et qui peuvent jouer un rtle dans le processusopératoire, à titre physique et notamment isolement thermique ou lubrification ou encore chiaique, de protection ou de réaction. Le gaz assure alors un roule de transporteur pneumatique de la substance en cause, au contact du liquide. La protection ou l'action ainsi réalisée, peut dynamiquement concerner à la fois les jets et les écoulements en chevaux ou rigoles, avec entratnement par mouvement du liquide sans pour autant que soient exclues les mimes aetions sur surfaces plus ou moins statiques, dans des réceptacles quelconques. L'invention comprend également les agencements qui permettent la mise en oeuvre d'un tel procédé et notamment des organes de projection de gaz situés au voisinage des surfaces libres des liquides en écoulements. Dans le cas d'un jet descendant, il est possible de prévoir, en entourage d'un ajutage directeur de jet, un débouché annulaire d'un distributeur de gaz qui émet, plus ou moins en convergence vers ledit jet, un écoulement enveloppant, plus ou moins unitaire ou composite et ainsi entraPné en adhérence sur le jet descendant. I1 y a avantage à ce que le réceptacle d'accueil du jet descendant offre une couverture partielle latérale bordée d'une rehausse interne, qui accueille-l'écoulement gazeux protecteur et étend son action à la surface libre du liquide contenu dans ledit réceptacle. La rehausse ainsi prévue permet de canaliser un courant de recyclage tourbillonnaire et annulaire du gaz protecteur ou analogue. Cette rehausse peut ofAir une forme droite ou convergente, vers l'ajutage directeur de jet. Dans une variante, l'alimentation en gaz est prévue dans ie réceptacle d'accueil du jet, sous un couvercle annulaire pourvu intérieurement d'une rehausse, de sorte qu'une partie du courant creux, ascendant de gaz, qui sort de ladite rehausse vers l'ajutage directeur de jet qui la surmonte, se sépare de ce courant creux pour former un courant d'enveloppe entratné en sens inverse de descente par et avec le jet,à1'intérieur de ce courant creux, en recyclage vers le réceptacle. Il est parfois nécessaire, dans un réceptacle d'étendue notable, de subdiviser ce dernier par des cloisons pénétrant partiellement le liquide qui s'y trouve par plongée sous la surface du bain et d'aménager alors des agencements d'alimentation gag gaz individuels par/des espaces divisionnaires ainsi créés. Bien entendu et plus singulièrement dans la technique de la fonderie par coulée de métaux, en lingotières" en moules ou en continu, il est possible de prévoir en tous points voulus de l'écoulement d'un métal liquide, des agencements distributeurs de gaz et des agencements d'apport de substances autres, par exemple non miscibles ni aux gaz ni au métal liquide. Il peut s'agir pour un tel apport de son exécution à partir du jet de distribution dans un moule ou dans une lingotière, aussi bien pour la protection de la surface du métal que pour celle des parois avec lesquelles ledit métal vient en contact, plus spécialement en vue de la facilité de démoulage. -Les applications de ce procédé et de ces dispositifs peuvent se rencontrer dans le domaine qui va de la préparation des produits agro-alimentaires, l'élaboration de produits chimiques ou pharmaceutiques (protection biologique ou anti-pollution), aussi bien que le domaine de la métallurgie (protection vis-à-vis de 11 oxygène atmosphériqueX notamment des métaux ferreux et nonferreux, plus spécialement dans la technique de la fonderie, notamment la coulée continue. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples non limitatifs d'agencements de protection d'écoulements de métaux liquides conformes à l'invention, permettra de bien comprendre comment celle-ci peut titre mis en pratique. La figure 1 montre de façon extr8mement schématique un premier exemple dé dispositif de protection de jet. La figure 2 montre de façon partielle une variante de construction d'un réceptacle d'accueil. La figure 3 montre de manière analogue à la figure 1 une autre variante. La figure 4 montre une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, vue dans lé sans des flèches. La figure 5 représente une autre variante de réceptacle d'accueil susceptible de former un répartiteur de coulée en lingotières. Corme on le voit sur la figure 1, sous une poche de coulée 1 dont le fond est-pourvu d'une busette 2 d'écoulement, susceptible autre ouverte ou obturée par un tampon mobile 3, on dispose un distributeur annulaire 4 de gaz, pourvu d'au moins un raccord 5 à une source de gaz sous pression non représentée et muni d'un ou plusieurs ajutages6, de disposition annulaire, entourant le jet 7 de métal en fusion, susceptible de s -' écouler de la busette 2. Ce distributeur peut titre annulaire en un seul bloc aussi bien qu'en segments indépendants, manoeuvrables de toute façon voulue. Le ou les ajutages 6 peuvent titre formés par des séries de perforation en couronne ou par une ou plusieurs fentes. Ce jet est accueilli dans un réceptacle 8 lequel est muai, à la périphérie de l'arrivée du jet et à un écartement con venable de ce dernier, d'un couvercle annulaire 9 qui offre une rehausse 10 cylindrique droite. Le distributeur 4 est ou/bien fixé au fond 11 de la poche 1 ou raccordé à celui-ci par un dispositif d'étanchéité. A partir du ou des ajutages 6, qui peuvent autre formés soit par une couronne de perforations, soit par une ou plusieurs fentes continues, une nappe ou des jets de gaz rassemblés convergent vers le jet 7 de métal et il se forme ainsi une enveloppe de gaz 12 qui enserre de manière continue ce jet de métal et ltaccompagne jusqu'au réceptacle 8. Les filets gazeux poursuivent leur trajet en bayant la surface métallique 13 dans le réceptacle 8, de sorte que la protection y est aussi assura La rehausse 10 constitue alors un système de guidage qui dirige le gaz ressortant du réceptacle en se dirigeant vers.le fond de la poche 4 en ascendance formant alors une enveloppe secondaire du jet, ce qui diminue les possibilités de dilution de la protection dans l'atmosphère extérieure. Comme on le voit sur la figure 2, la rehausse 10a constitue un convergent pour cet écoulement en recyclage, aboutissant alors à un resserrement et une densification de l'enveloppe protectrice. On améliore ainsi dans eertais eas partieuliers l'effet protecteur souhaité en diminuant le débit de gaz nécessaire. Dans le cas de la figure 3, une poche de coulée 14 surmonte un tiroir 15 de distribution auquel ladite poche peut être raccordée de manière étanche par tout agencement convenable non représenté, ledit tiroir comportant un obturateur avec des moyens de manoeuvre également non représentés, par mesure de simplification des dessins. Le jet 16 de métal liquide est, comme dans le cas de la figure 1, accueilli dans un réceptacle 17 muni d'un couvercle annulaire 18 à rehausse 19 de guidage de la circulation gazeuse. Ce couvercle est pourvu d'orifices 20, répartis sur une couronne, reliés à un-dispositif distributeur de gaz non représenté et ces perforations amènent,au-dessus de la surface 21 du bain de liquide 22 contenu dans le réceptacle 17, une atmosphère gazeuse avec échappement guidé par la rehausse 19 à la périphérie du jet 16. Cet écoulement gazeux en colonne creuse, débit à vite s se relativement peu élevée, est intérieurement parcouru par une dérivation 23 descendante, en adhérence sur le jet 16. Cet entratnement se fait à vtesse plus élevée, en raison de celle qu'atteint le jet lui-m8me. On réalise ainsi par entraenement un double gainage de l'écoulement du métal qui le met à l'abri de l'atmosphère ambiante en le maintenaet au contact du gaz injecté seul. I1 convient de remarquer que dans ce cas des figures 3 et 4, l'amenée aegaz par le réceptacle 17, provoque un apport d ori R que, donc énergétique qui permet, à débit masse donné pour ce gaz, un débit volume accrudans l'enveloppe du jet. I1 est à remarquer que la configuration extérieure du tiroir 15, comme celle du distributeur 4 de la figure 1, peut autre convenabîemeiit profilée pour faciliter le recyclage gazeux interne ou externe, facteur d'économie dans les deux cas. Comme on le voit sur la figure 5, dans le cas où un réceptacle 24 est susceptible de constituér un répartiteur de coulée destiné à l'alimentation d'une multiplioité de moules ou de lingotières, il y a intérPt à limiter le volume de ltespace d'accueil du jet de métal 7 y parvenant, pour que la concentration en gaz protecteur y reste suffisante. A cet effet, sont prévus des cloisonnemeds 25 dont chacun offre une paroi attachée au couvercle 9a et une lèpre basse plongeant dans le bain de métal 13a que contient ledit réceptacle.Un ou plusieurs espaces 32 communiquant chacun avec une busette 26 correspondante d'alimentation de moules ou lingotières, 'sont pourvus respectivexent d'un regard 27 de surveillance et il est.possible d'y injecter par un raccord 28 un gaz protecteur. I1 peut s'agir là d'une alimentation à vitesse relativement réduite, le tout compte tenu de la dynamique faible de déplacement de la surface 29 du liquide qui garnit le fond de l'espace 32 et de la possibilité de réduction de la surface de l'orifice d'échappement constitué par ledit regard 27. Pour le jet 30 qui s'échappe d'une busette 26 vers un moule ou une lingotière, il est possible d'envisager également une protection qui peut titre obtenue par exemple au moyen d'un répartiteur de gaz 4a à distributeur 6a convergent vers le jet 30. Outre une alimentation en gaz Sa, on peut aussi prévoir à cet emplacement une arrivée 31 pour toutes substances d'appoint souhaitées. Une telle substance peut autre un autre gaz, un liquide éventuellement sous forme vésiculaire ou un solide sous forme pulvérulente, capables de transport pneumatique. Dans ltexemple décrit, il peut s'agir d'un lubrifiant protecteur des parois du système aussi bien que des surfaces des substances véhiculées ou recueillies en moules ou lingotières. Un lubrifiant de démoulage peut ainsi autre introduit dans le processus opératoire. Dans le cas des métaux, il est possible d'utiliser en tant que gaz de l'argon, de l'azote ou tout autre gaz ou mélange à effet protecteur ou légèrement réducteur si l'on désire lutter principalement contre les risques d'oxydation. Il va de soi que sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux phases de procédé et aux formes d'exécution des dispositifs qui viennent autre décrites. REVEEDICATIONS 1.- Procédé de protection d'un liquide en cours d'écoulement, caractérisé par le fait qu'on entretientà la surface dudit liquide, notamment une surface en mouvement, au moins une enveloppe gazeuse entratnée avec leditliquide et constamment renouvelée. 2.- Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que le gaz utilise appartient à un groupe qui comprend les gaz débarrassés de germes, les gaz débarrassés des poussières, les gaz d'une nature ou composition telle qu'ils soient neutres ou actifs en cas de besoin vis-à-vis du liquide en mouvement. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une substance vésiculaire ou granulaire est ajointe au gaz et est transportée pneumatiquement par ce dernier au contact des veines liquides et éventuellement des surfaces qui assurent leur guidage et leur réception. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fX i qu'une protection gazeuse est effectuée au contact d'un Je ltorigine de ce dernier, est poursuivie dans un réceptacle d'accueil dudit jet et est elle-même doublée extérieurement par un écoulement provenant dudit réceptacle. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait-que le débit gazeux est effectué autour de l'origine du jet et est entouré d'un recyclage partiel de- gaz venant en retour du réceptacle. 6.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que laprotection gazeuse est assurée à partir d'un réceptacle de jet, en ascendance guidée à distance de ce dernier vers l'origine du jet et avec recyclage interne, à proximité du jet, depuis l'origine de ce dernier ves ledit réceptacle. 7. - Procédé selon la revendication 6 > caractérisé par le fait qu'un accroissement énergétique est conféré thermiquement à la circulation gazeuse à partir du réceptacle. 8.- Dispositif de protection d'écoulement liquide permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte, à la périphérie d'un ajutage directeur de jet, des moyens dirigeant un écoulement gazeux à la surface dudit jet. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens directeurs d'écoulement gazeux sont formés par au moins un ajutage débitant le gaz. 10.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un réceptacle d'accueil de jet de liquide ast pourvu, pour recyclage de gaz, d'un couvercle annulaire intérieurement bordé d'une rehausse. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ladite rehausse forme un ajutage convergent vers l'origine du jet. 12.- Dispositif selon la revendication lO, caractérisé par le Êbt que le couvercle de réceptaole est pourvu d'orifices d'alimentation en gaz qui s'échappe autour du jet par la rehausse. 13. - Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens de création de jet comportent un profilage externe facilitant la recirculation de gaz autour du jet. 14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 13 > caractérisé par le fait que l'espace d'accueil de jet eu réceptacle est limité par au moins une cloison suspendue à bordure noyée, distante du fond de réceptacle et que chaque espace au delà d'une telle cloison est lui-m8me pourvu de moyens d'alimentation en gaz. 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé par le fait que chaque arrivée de gaz peut être pourvue d'un dispositif d'apport d'une substance auxiliaire véhiculée par le gaz.