Brevet FR2487035A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne la permutation sous pression entre deux fluides, plus particulièrement entre un gaz et un liquide, dans plusieurs conduites à alimenter simultanément dans des conditions satisfaisantes de rapidité, de securité et d'etancheite. Les deux fluides, par exemple un gaz et un liquide, peuvent être de nature différente, et se trouver sous des pressions différentes. Un tel problème de permutation peut se poser dans de nombreux cas, et n'était en général résolu jusqu'à présent que d'une manière très imparfaite. Ctest ainsi que, dans le cas d'un convertisseur d'aciérie à souf flagedoxygène pur par le fond, les diverses tuyères de soufflage (en nombre n) sont en géneral constituées chacune de deux tubes concentriques. Le tube central est alimenté en gaz d'affinage, qui peut être de l'oxygène pur, puis en gaz de brassage, qui peut être de l'azote, tandis que le tube extérieur est alimenté en un agent protecteur contre l'usure à chaud de la tuyère, cet agent protecteur pouvant être à l'etat liquide, par exemple s'il est constitué de fuel-oil. En dehors des périodes d'affinage du bain métallique, l'agent protecteur est remplacé dans tout son circuit par un gaz de balayage, tel que l'air ordinaire, l'azote, le gaz carbonique, la vapeur d'eau, ou même d'autres vapeurs. Il est très important que, dans chacune des tuyères, le remplacement de l'agent protecteur par le gaz de balayage s1 effectue pratiquement instantanement. Mais il est également très important que la maneouvre inverse à savoir le remplacement du gaz de balayage par l'agent protecteur, soit egalement quasi-instantané. Sinon, on court un certain nombre de risques graves, tels que des repassages d'oxygène dans le circuit externe des tuyères, ou bien le bouchage de ce circuit externe, par du metal d'affinage, etc ... .Ces substitutions de fluides doivent s'effectuer sans aucun retard, et, en outre, dans de bonnes conditions de se- cuité et d'étanchéité. Une telle substitution présente une difficulté particulière lorsque l'agent protecteur est liquide, et dans les cas où il s'agit de remplacer le gaz de balayage par l'agent protecteur liquide, car la vitesse de progression de ce dernier dans la conduite à alimenter est plus faible que celle du gaz de balayage, et un temps mort, marque par une pression presque nulle, peut intervenir entre la coupure du gaz de balayage et l'alimentation en agent protecteur liquide. Dans les tuyères protégées de types connus, la permutation, dans un sens ou dans l'autre, s'effectue au moyen d'un dispositif connu appelé "sélecteur", comportant deux arrivées et un départ, et muni d'un ressort amortissant le mouvement alternatif rectiligne d'un organe approprié, qui vient obturer l'une ou l'autre des deux arrivées, suivant les valeurs des pressions relatives des deux fluides à l'instant considéré. Chacun de ces sélecteurs, à raison d'un par tuyère, est mécaniquement indépendant de ses voisins. Ces sélecteurs, ou inverseurs automatiques de l'agent protecteur et du gaz de balayage, de types connus, sont placés soit en amont du tourillon creux du convertisseur, par lequel passent les conduites d'alimentation des tuyères de soufflage, soit quelquefois sur la tête même de la tuyère, incorporés à celle-ci. Cette dernière position présente l'avantage que le lieu de la permutation est très proche de la tuyère, et que la substitution d'un fluide à l'autre est ainsi plus rapide à l'intérieur du tube externe de la tuyère. Néanmoins, même placés dans cette dernière position5 les sélecteurs de types connus ne donnent pas entière satisfaction. Le mouvement alternatif rectiligne amorti par un ressort n'assure pas toujours une étanchéité parfaite, non plus qu'une bonne sécurité ni une bonne simultanéité de fonctionnement des n sélecteurs contrôlant les n tuyères à alimenter. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif original de permutation de deux fluides, pouvant être ltun un gaz et l'autre un liquide, simultanément dans n conduites, en utilisant n paires de vannes fonctionnant par rotation d'un quart de tour, et sans utiliser aucun ressort. Différents types de vannes connues fonctionnent par totation d'un quart de tour, par exemple : les vannes à boule, les vannes à boisseau cylindrique, les vannes à boisseau conique, les vannes papillons. Parmi tous ces types de vannes à quart de tour, les vannes à boule sont les plus recommandables. Le principe des vannes à boule est bien connu. Une boule évidée selon un de ses diamètres par un cylindre de diamètre égal à celui de la conduite à alimenter peut tourner dans une sphère creuse fixe de même diamètre, cette dernière étant traversée selon un de ses diamètres par la conduite à alimenter. Pour une position déterminée de la boule mobile, le cy lindre évidé se place dans le prolongement exact de la conduite, la vanne est ouverte et le fluide peut passer. Pour une position de la boule mobile tournée d'un quart de tour par rapport à la position précédente, la vanne est fermée. La présente invention a pour objet un dispositif de permutation de deux fluides, qui peuvent être l'un un gaz, l'autre un liquide, tous deux sous pression, à distribuer l'un après l'autre, mais jamais ensemble, dans plusieurs conduites à alimenter, en nombre n, caractérisé en ce qutil comporte un vérin agissant sur un levier qui commande le déplacement, entre deux positions, d'une tige guidée dont l'extrémité est usinée en crémail ibère, ladite crémaillère entraînant la rotation d'un quart de tour dans un sens ou dans l'autre de 2n roues dentées disposées par paires, dont l'axe est solidaire en rotation de l'axe diamétral d'une vanne à quart de tour, chacune des vannes d'une même paire étant placée sur une même ligne droite, de part et d'autre d'un canal commun muni dtune conduite de sortie disposée perpendiculairement à cette ligne droite, la vanne de gauche recevant selon cette droite l'un des fluides, par exemple le gaz, et la vanne de droite recevant selon cette droite, l'autre fluide, par exemple le liquide, l'une de ces deux vannes étant ouverte quand l'autre est fermée, et inversement. Suivant une caractéristique particulière de la présente invention, l'ensemble constitué par la crémaillère et par les n paires de roues dentées est enfermé dans un carter démontable. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, l'ensemble des n canaux communs aux deux fluides et des n conduites de sortie est placé dans un bloc disposé parallèlement à la crémaillère. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente in- vention, les deux vannes à quart de tour d'une même paire sont fixées de part et d'autre du bloc précité, et au même niveau, d'une fanon indépendante des autres vannes correspondant au même fluide, de manière à être aisément démontables individuellement. Comme on le comprend, le dispositif selon l'invention présente d'abord tous les avantages des vannes à quart de tour, c'est-à-dire une excellente étanchéité et une grande sûreté de fonctionnement. Ceci est spécialement vrai pour les vannes à boule. Mais il présente en outre plusieurs autres avantages qui lui sont propres, tels que (a) Une simultanéité de permutation excellente sur les n circuits. (b) Ues pertes de charge très réduites dans l'écoulement de chacun des deux fluides, ce qui est particulièrement utile dans le cas de l'admission d'un liquide. Les faibles pertes de charge sont dues à ce qu'aucun élément mécanique ne se trouve sur le parcours de la veinefluide. (c) Avec ce système, il est aisé de détecter que la manoeuvre de permutation a été correctement effectuée. (d) I1 est aisé d'isoler, en cas de besoin, ltune quelconque des conduites de sortie, en désaccouplant les roues dentées et les vannes correspondant à ladite conduite de sortie, et en maintenant les deux vannes fermées. (e) Chacune des vannes à quart de tour est aisément démontable. (f) L'ensemble du dispositif est, lui aussi, aisément démontable. Ainsi, pendant les phases d'affinage, les n conduites de sortie du dispositif selon l'invention et les circuits secondaires qui leur font suite jusqu'à l'entrée des tubes externes des tuyères de soufflage, dans le cas d'un convertisseur d'aciérie, sont parcourus par l'agent protecteur, tandis que, en dehors de 11 affinage, ils sont parcourus par un gaz de balayage. Pour passer d'une situation à l'autre, il suffit que le vérin actionne la crémaillère, et donc toutes les paires de roues dentées, et, par voie de conséquence, toutes les paires de vannes d'un quart de tour. 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 se Ion l'invention, destiné à alimenter les tubes externes de 10 tuyères d'un convertisseur dtaciérie soufflant de l'oxygène pur, tantôt en fuel-oil domestique pour protéger les tuyères en affinage, tantôt en azote de balayage. La figure 1 est une coupe longitudinale de ce dispositif. La figure 2 est une demi-coupe transversale de ce dispositif suivant A et B, avec vue extérieure du vérin de commande. La figure 3 est une coupe transversale suivant CC montrant comment une paire de roues dentées et une paire de vannes à boule assurent la permutation des deux fluides. Le vérin i dont la tige est munie d'une chape 2 commande un bras de levier 3 articulé autour del'axe fixe 4. Une tige 5 guidée dans le palier 6 se trouve fixée en 7 sur le bras de levier 3, et vient pousser une crémaillère 8 engrènant sur 10 paires de roues dentées telles que 9 et 9'. Sur la figure 3, l'emplacement de la crémaillère 8 est repéré en 14. L'ensemble de la crémaillère 8 et des 2n roues dentées est main tenu dans un carter 10 démontable. Chaque axe d'une roue dentée telle que 9 et 9' est relié à celui d'une vanne à boule telle que 13 et 13' par un accouplement tel que 11 et il'. Les paires de vannes à boules telles que 13 et 13' assurent l'obturation ou l'ouverture d'un canal commun 15 usiné dans un bloc 12 disposé psallèlement à la crémaillère 8 et qui assure le raccordement entre les diverses conduites. A chaque étage de ce bloc 12, l'azote de balayage arrive sous pression en a ; le fuel-oil domestique de protection des tuyères arrive sous pression en d ; le canal commun 15 est muni d'une conduite de sortie 16 de l'un ou l'autre de ces deux fluides, disposée perpendiculairement au canal commun 15. (Voir la figure 3). Dans la direction c se trouve un circuit secondaire reliant la sortie 16 au tube extérieur de la tuyère correspondante. On trouve donc dans le dispositif selon l'exemple dix dispositifs superposés semblables à celui de la figure 3. L'usinage du bloc 12 est réalisé de manière à recevoir les dix paires de vannes à boule telles que 13 et 13', et à permettre ltarrivée et l'écoulement de chacun des deux fluides dans le canal commun 15 et dans la conduite de sortie 16, à chacun des dix niveaux. Un tel dispositif selon le présent exemple fonctionne grâce à l'azote sous pression comme fluide moteur. Mais l'eau l'air, l'huile, sous pression, pourraient aussi etre utilisés. il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'in- vention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails, de m8- me qu'envisager I'emploi de moyens équivalents. Le dispositif selon l'invention est utilisable dans la plupart des permutations de deux fluides à réaliser simultanément dans plusieurs conduites, dans de bonnes conditions de simultanéité, d'étanchéité et de securité. il s'applique spécialement bien aux tuyères de convertisseurs d'affinage des métaux. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de permutation de deux fluides sous pression, à distribuer l'un après l'autre, mais jamais ensemble, dans plusieurs conduites, en nombre n, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin (1) agissant sur un levier (3) qui commande le déplacement d'une tige guidée (15) dont l'extrémité est usinée en crémaillère (8), ladite crémaillère (8) entrainant la rotation d'un quart de tour dans un sens ou dans l'autre de 2n roues dentées (9) et (9') disposées par paires, dont l'axe est solidaire en rotation de l'axe diamétral d'une vanne à quart de tour, chacune des vannes (13) et (13') d'une même paire étant placée sur une même ligne droite, de part et d'autre d'un canal commun (15) muni d'une conduite de sortie (16) disposée perpendiculairement à cette ligne droite, la vanne de gauche (13) recevant selon cette mime ligne droite l'un des fluides, et la vanne de droite (13') recevant selon cette meme ligne droite l'autre fluide, l'une de ces deux vannes étant ouverte quand l'autre est fermée, et inversement. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par la crémaillère (8) et par les n paires de roues dentées (9) et (9') est enfermé dans un carter démontable (10). 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les n canaux communs (15) aux deux fluides et les n conduites de sortie (16) sont placés dans un bloc (12) disposé parallèlement à la crémaillère (8). 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux vannes (13) et (13') à quart de tour d'uneméme paire sont fixées de part et d'autre du bloc(l2) mentionné en revendication 3, et au meme niveau.