Brevet FR2537698A1 — publié le 19840615

La présente invention est relative à un dispositif de protection d'un tube métallique soumis à des conditions thermiques sévères. L'invention est applicable à tout dispositif du genre précité et en particulier, aux lances d'insufflation de pr-oduits d'affinage plongeant de façon répétitive dans un récipient métallurgique contenant une masse d'acier en fusion. On notera que, dans la présente description, il est question d'un tube métallique à protéger, et notamment d'un tube servant à insuffler un fluide. I1 convient de bien préciser que l'invention peut également s'appliquer à un tube non parcouru par un fluide ou même à une tige métallique pleine. Le but de l'invention est de réduire les risques de détérioration ou d'usure d'un tel dispositif lorsqu'on le met en oeuvre selon un cycle "Travail Repos" qui le soumet à des contraintes thermiques sévères. L'invention fournit un dispositif de protection qui présente la particularité qu'il comprend un embout réfractaire rapporté sur l'extrémité du tube métallique, un moyen de support sur lequel vient en appui un revêtement réfractaire extérieur enfilé à distance autour du tube, et des moyens de compression élastique pour exercer sur ledit revêtement une force tendant à l'appuyer sur le moyen de support et qu'il est prévu, entre le revêtement réfractaire extérieur et le tube métallique, une manchette formée d'une ou plusieurs couches thermo-isolantes. Avantageusement la couche thermo-isolante est constituée par un tube en matériau à base de fibres réfractaires. Ainsi l'invention assure une bonne tenue du dispositif, en évitant une forte dilatation longitudinale du tube métallique central lorsque le dispositif est en phase "Repos" (par exemple une lance retirée du bain de métal en fusion), et cette dilatation découlant d'un échauffement par le rayonnement provenant du revêtement réfractaire chaud. Une telle dilatation, comme on le comprend, séduirait lteffi- cacité de la précontrainte exercée sur cette virole par les moyens de "compression élastique". Avantageusement le dispositif de protection, selon l'inventIon, est utilisé en combinaison avec un boltier de compression, par exemple celui décrit dans la demande de brevet français publiée sous le NO 2.398.804, et qui constit-ue les moyens de compression élastique auxquels, il est fait référence plus haut. L'invention va être maintenant décrite en détail en s'aidant de la figure unique, qui est une coupe axiale d'un dispositif selon l'invention décrit à titre d'exemple. Un tube métallique 1, constitutif de la lance immergeable représentée, se termine par une partie filetée 2 sur laquelle est fixé, par vissage, un embout répartiteur 3 muni de conduits 15 de répartition du fluide. Ces conduits peuvent etre remplacés par une buse d'ijection axiale. De préférence, 11embout contient un insert 4 servant de buse ou de répartiteur, et sans continuité thermique avec le tube 1. L'embout est en matière réfractaire, tel qu'un béton réfractaire à haute résistance à l'abrasion. Sa face supé rieure présente une surface tronconique de centrage 6, dont le rôle sera expliqué plus loin. Un revêtement réfractaire extérieur 5 est constitué d'un empilage de viroles ou de préférence d'une virole unique de grande longueur, entre 3 et 6 m dans le cas considéré, et d'un diamètre intérieur de 76 mm environ,est enfilée à distance autour du tube 1 et repose sur un moyen d'appui 13 qui est ici une simple rondelle solidaire du tu- be 1, et se trouve juste au dessus de l'embout. I1 est clair que le diamètre de cette rondelledoit être inférieur à celui de la virole 5, si l'on veut éviter que la rondelle vienne en contact avec le bain métallique dans lequel le tube sera plonge. Sur la partie de sa section qui est extérieure à la rondelle, la virole inférieure présente une surface tronconique 6', complémentaire de la surface tronconique 6 de l'embout. La coopération de ces deux surfaces a un double rôle, d'une part elle réalise un centrage correct de la virole par rapport a 1'embout et donc par rapport au tube, ce qui s'oppose à une compression accidentelle de la matière isolante dont on va parler ci-dessous, et d'autre part elle constitue un passage en chicane entre l'extérieur du dispositif et la rondelle 13.Le métal liquide peut se figer dans ce passage à chicane et compléter son étanchéité, au cas où on n'a pas obturé totalement ou partiellement ce passage avec une matière de scellement. Entre la virole et le tube sont empilées des manchettes en matière t-hermo-isolante 7 à base de fibres réfractaires, de diamètre extérieur d'environ 75 mm et de diamètre intérieur d'environ 56 mm. De telles manchettes sont avantageusement des tubes commercialisés sous la marque "KERLANE". Selon leur longueur individuelle, on enfile ces tubes en nombre suffisant pour former une manchette correspondant à la longueur du revêtement réfractaire 5. A l'extrémité de ce revêtement opposé à l'em- bout, se trouve un dispositif de compression élastique constitué d'une bague annulaire 8 vissée sur le tube 1, d'un disque 9 qui prend appui sur la face extrême de la virole 5 et de rondelles Belleville 10 empilées entre la bague 8 et le disque 9, et capables d'exercer une force d'environ 1000 daN. La bague et le disque présentent des rebords 11, 12 qui coulissent l'un dans l'autre, et qui empêchent la pénétration des poussières sur les rondelles Belleville. Par ailleurs, le disque 9 est prévu avec un diamètre intérieur suffisamment grand pour pouvoir cor les ser le cas échéant sur la manchette 7. En outre, un ou plusieurs anneaux thermo-isolants 14 peuvent etre avantageusement prévus entre le disque 9 et le revêtement ré fractaire extérieur 5 pour couper les ponts thermiques et améliorer notamment la tenue du système de compensation 10. Pendant le cycle de travail de ce dispositif, le tube métallique central 1 est refroidi par le passage du gaz, et le réfractaire 5 se dilate sous l'effet de l'aug- mentation de température par immersion -dans un bain de métal en fusion à traiter par ledit gaz. A la fin du traitement, la lance est retirée du bain, et durant cette phase d'attente, le tube, qui n'est plus refroidi par suite de l;arrêt du soufflage gazeux, absorbe des calories emmaoa- sinées dans le réfractaire 5, entraînant une dilatation du tube qui vient directement en opposition à l'action de compression du boîtier de compensation. La présente invention permet de minimiser cette dilatation, et améliore la durée de vie de ce dispositif. Bien entendu, l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalent dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. En particulier, la rondelle de support 13 solidaire du tube 1 peut fort bien être remplacée, comme c'est le cas de la lance décrite dans la demande de brevet prémentionnée, par un manchon métallique monté autour du tube central 1 et présentant, d'une part, à sa base un é- paulement annulaire qui offre une surface d'appui au revêt tement du réfractaire 5 et, d'autre part, à sa partie supérieure, le dispositif 10 décrit précédemment pour la compression élastique du revêtement 5. Ce manchon peut etre relié au tube central, soit par une liaison rigide, auquel cas, l'effort de serrage de l'embout sur le revetement réfractaire 5 est assuré par le degré de vissage de cet embout sur l'extrémité du tube central, soit par une liaison élastique au moyen d'un second dispositif de compression, similaire au précédent, auquel cas c'est le tube central lui-même qui, mis en traction, assure le serrage de l'embout sur le revêtement réfractaire 5. De même, l'embout 3 peut etre rapporté sur l'extrémité de la lance autrement que par vissage. Cependant, on aura avantage à conserver une fixation permettant de le ren- dre amovible. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un tube métallique (1) soumis à des conditions thermiques sévères, caractérisé en ce qu'il comprend un embout réfractaire (3) rapporté sur l'extrémité du tube métallique, un moyen de support (13) sur lequel vient en appui un revetement réfractaire extérieur (5) de forme cylindrique et enfilé à distance autour du tube (1), des moyens de compression élastique (10) pour exercer sur ledit revêtement une force tendant à l'appuyer sur ledit moyen de support, et une manchette thermo isolante (7) logée entre le revêtement réfractaire (5) et le tube (1). 2. Dispositif selon la revendication 1-, caractérisé en ce que la manchette thermo-isolante (7) est constituée par un tube en matériau à base de fibres réfractai res. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'embout et le revêtement réfrao- taire présentent sur leurs faces en regard des surfaces tronconiques complémentaires (6,6') qui s'opposent à une compression radiale accidentelle de la manchette isolante et constituent un passage à chicane entre les moyens de support (13) et l'extérieur du dispositif. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de support (13) sont constitués par une rondelle solidaire du tube central (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de support sont constitués par un manchon monté autour du tube central (1) supportant extérieurement le revêtement réfractaire (5) grâce à un épaulement annulaire prévu à cet effet à la bat se du manchon, et comportant à sa partie supérieure, lesdits moyens de compression élastique (10), ledit manchon présentant en outre des moyens de fixation au tube central (1). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation sont constitués par une liaison rigide. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation sont constitués par des moyens de compression élastique similaires aux moyens (10) de compression du revetement réfractaire extérieur (5). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'embout (3) est fixé sur l'extrémité du tube central (1) par vissage.