Brevet FR2554570A1 — publié le 19850510

-1- Dispositif de réglage du débit de vent chaud dans un porte- vent de four à cuve et porte-vent équipé d'un tel dispositif. La présente invention concerne un dispositif de réglage du débit de vent chaud dans un porte-vent de four à cuve, ce porte-vent étant constitué d'une conduite arti- culée reliant une conduite circulaire à un busillon et garni intérieurement d'un revêtement réfractaire. L'invention prévoit également un porte-vent équipé d'un tel dispositif. On sait que le processus de combustion et de réduction dans un four à cuve, notamment dans un haut fourneau est entretenu au moyen d'air chaud et de combustibles solides ou liquides que l'on injecte à travers une série de tuyères dans l'ouvrage du four. La répartition du vent chaud sur les différentes tuyères ne se fait pas de façon régulière et uniforme à cause d'une asymétrie de la zone de fusion du four. La zone de fusion asymétrique est causée par une descentedes matières non contrôlée qui crée ainsi des pertes de charge différentes en face de chaque tuyère et par conséquent une variation du débit de vent chaud admis d'une tuyère à l'autre. Il en résulte que le débit de vent chaud d'une tuyère peut être différent de 20 à 100% de celui d'une autre tuyère. Comme les combustibles sont brûlés avec l'oxygène du vent chaud, leurs débits d'injection doivent êtres adaptés aux débits de vent chaud à travers chaque tuyère. La mesure du débit dans chacun des porte -vent permet de déterminer les endroits o l'admission du vent chaud est plus intense ou moins intense. Par conséquent en réduisant les grands débits, le vent chaud en excès a tendance à se diriger aux tuyères de moindre débit. Autre- ment dit, si on arrivait à régler ou moduler le débit du vent chaud, on pourrait stimuler les endroits moins actifs de sorte que l'on pourrait uniformiser la marche du four et permettre à celui-ci de fonctionner dans des conditions plus optimales. Malheureusement jusqu'à présent il n'existe aucun moyen efficace pour régler le débit du vent chaud -2- 2554570 et le but de la présente invention est justement de combler cette lacune et de prévoir un dispositif efficace solide et résistant aux températures élevées du vent chaud,ainsi qu'un porte-vent équipé d'un tel dispositif de réglage. Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un dispositif de réglage du genre proposé dans le préambule qui est essentiellement caractérisé par un clapet sensible- ment en forme de disque évoluant dans un élargissement sphérique du canal intérieur, défini par le revêtement réfractaire, et monté de façon amovible sur l'extrémité d'une tige, qui est logée de façon rotative et étanche dans un support tubulaire solidaire de la paroi du porte-vent et relié à l'extérieur du porte-vent à un mécanisme pour faire pivoter la tige et le clapet autour de l'axe longitudinal de la tige. Ladite tige comporte, du côté du clapet un flasque cylindrique avec une face concave recevant la face convexe d'un manchon cylindrique du clapet, le contact entre les faces adjacentes didit flasqué' et dudit manchon étant assure, en montage opératif, par une pièce en forme de marteau dont le manche traverse coaxialement la tige, le flasque de la tige et une partie du manchon et dont la tête est logée dans une cavité sensiblement cylindrique dans ledit manchon. La tête dudit marteau est dégageable du manchon du clapet par rotation et par translation jusque dans une cavité frontale du flasque de la tige, à travers un canal entre la cavité dans le manchon du clapet et sa face convexe, la section de ce canal et celle de la cavité frontale du flasque de la tige correspondant sensiblement à celle de la tête du marteau. Le manche du marteau est serré sur la tige moyen- nant l'interposition d'un ressort et par l'intermédiaire d'un verrouillage. Le clapet et le flasque de la tige sont avantageusement réalisés en carbure de silicium. Cette matière se caracté- rise par une résistenoethermique très élevée et, en même temps une solidité remarquable. -3- La paroi du support tubulaire est, de préférence, double et renferme un premier circuit de refroidissement. Un second circuit de refroidissment évolue à travers la paroi double de la tige et lemanche du marteau qui est rendu creux à cet effet. Le portevent proposé par la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un tel dispositif de réglage qui est, soit intégré dans la paroi du porte-vent soit monté de façon démontable entre deux brides de la con- duite articulée. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de quqlques modes de réalisation:, présentés ci-dessous à titre d'illus- tration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre schématiquement un porte-vent équipé d'un dispositif de réglage selon la présente invention. La figure 2 montre schématiquement une coupe longitudinale à travers un dispositif de réglage. La figure 3montre un extrait de la figure 2 avec le clapet en position fermée. La figure 4 est une variante dans laquelle le dispositif est intégré au porte-vent. La figure 5 montre une vue analogue a celle de la figure 1 avec le dispositif intégré dans une tubulure de raccordement solidaire de la conduite circulaire. les figures 6 et 7 montrent deux vues sous des angles différents d'un dispositif de réglage intégré dans la partie inférieure d'un porte-vent respectivement du coude. La figure 1 montre schématiquement un porte-vent constitué d'une conduite articulée descendante 12, re- liant une conduite circulaire 14 de vent chaud à un coude 16. Ce coude 16 est rattaché à un busillon 18, dont l'autre extrémité est articulée sur une tuyère 20 ancrée dans la paroi 22 d'un four à cuve. Dans le mode de réalisation de la figure 1, un dispositif 30 de réglage du débit du vent chaud est monté de façon amovible, dans la partie supérieure de la conduite 12 -4- moyennant un boulonnage entre deux brides 32 et 34 opposées de la conduite 12. Les détails de ce dispositif et de son montage ressortent de la figure 2. Le dispositif de réglage comporte deux brides circulaires 36 et 38 correspondant aux brides 32 et 34 et coincées entre celles -ci par boulonnage. Le démontage du dispositif 30 peut-donc être effectué par dé- boulonnage et translation latérale.Les brides 36 et 38 sont prévues autour d'un noyau annulaire 40 en matière réfractaire correspondante à la garniture réfractaire 42 de la conduite 12 entourant le canal 44 de vent chaud. L'intérieur du noyau réfractaire 40 constitue un élargissement sphérique de la garniture réfractaire 42 pour permettre le montage et l'opération d'un clapet de réglage qui se présente sensiblement sous forme d'un disque pivotant 46 pourvu d'un manchon de montage 48. Les bords opposés 50,52 de ce clapet sont découpés parallèlement pour permettre au clapet 46 d'être introduit et dégagé axialement dans le canal 44 en vue de son montage ou remplacement. Le clapet 46 est fixé sur l'extrémité intérieure d'une tige rotative 54 traversant le noyau réfractaire et les brides 36 et 38 et logé dans un support tubulaire 56, qui est fixé de façon amovible en 58 par des moyens non montrés sur les brides 36 et 38. Le montage étanche de la tige 54 dans le support 56 est réalisé à l'aide de buses dutolubrúiltlLt=s bU,b2 eL d'w JonltiL b4. L'extrémité extérieure de la tige 54 est ancrée dans un bloc 66 dont elle est solidaire. Ce bloc 66 comporte un ou deux bras 68 actionnés par un vérin ou autre moteur non montré, prenant, d'autre part, appui sur un bras 70 solidaire du support 56 pour faire pivoter la tige 54 autour de son axe longitudionale O. L'extrémité intérieure de la tige 54 comporte un flasque 72 sensiblement cylindrique dont la face intérieure est en contact avec la face extérieure du manchon 48 du cla- pet. Les profils de ces faces adjacentes du flasque 72 et du manchon 48 sont complémentaires. Dans l'exemple représen- -5- té,la face du flasque 72 est concave, tandis que le manchon 48 présente une convexité correspondante, le contraire étant bien entendu, également possible. Aussi bien le flasque 72 que le clapet 46 avec son manchon de fixation 48 sont réalisés en carbure de silicium qui se caractérise par une très bonne résistance aux températures élevées, une résistance mécanique élevée et surtout une fragilité beaucoup plus faible que les autres matières céramiques. La fixation amovible du clapet sur le flasque 72 est assurée par une fixation du genre "baïonnette". A cet effet il est prévu une pièce en forme de marteau dont le manche 74 traverse coaxialement la tige 54 et le flasque 72 et dont la tête 76 se trouve en position opérative, dans une cavité 78 sensiblement cylindrique, a l'intérieur du manchon 48. Dans la position de la figure 2 la, tête 76 du marteau assure le maintien rigide du clapet sur le flasque 72. La libération s'effectue par une rotation de 90 du marteau, suivie d'une translation pour dégager la tête 76 à travers un canal 80 dont la section correspond à celle de la tête 76, jusque dans une cavité frontale, non montrée, prévue, à cet effet, dans la face concave du flasque 72. Le serrage réciproque de la pièce en forme de marteau et de la tige 54 est effectué au moyen d'un écrou 84 serré autour de l'extrémité filetée du manche 74 à l'encontre de l'action d'un ressort 86 disposé autour de la tige 74 et prenant appui sur le bloc 66. Le ressort 86 sert à compenser les dilatations thermiques différentielles entre le clapet 46, le flasque 72,la tige 54, le manche 74 et la totc, 76. La rotation relative entre le manche 74 et le clapet 46 en vue de la libération de celui-ci du flasque 72 est effectué par l'intermédiaire d'un levier 88 solidaire de l'extrémité du manche 74. Ce levier 88 est, de préférence, orienté de manière à indiquer l'orientation, c'est-a-dire la position du clapet 46. Pour éviter un deserrage accidentel de l'écrou 84, celui-ci est bloqué au moyen d'une vis 90. En outre, un système de verrouillage du genre baïonnette est consti- --6-- tué par une plaque semi-cylindrique 92 en forme de "U" qui coopère avec un doigt latéral 94 prévu sur le bloc 66. Pour assurer la transmission du mouvement de rota- tion de la tige 54 sur le clapet 46, c'est-à-dire pour éviter le glissement relatif entre les faces adjacentes de la tige 54 et du flasque 72 ainsi qu'entre ce flasque 72 et le manchon 48, ces faces peuvent présenter l'une une came et l'autre un creux correspondant, ou bien leurs courbures peuvent présenter une dssynétrie radiale par rapport à l'axe O. La paroi du support tubulaire 56 est, de préférence double, ce qui permet de la raccorder à un circuit de refroi- dissement à eau, symbolisé par la référence 93. Un second dircuit de refroidissement évolue à travers la double paroi de la tige 54 et à travers un creux axial dans le manche 74 de la pièce en forme de marteau. L'eau de ce circuit de refroidissement est admis par un orifice latéral 95 et le quitte axialement a l'extrémité arrière 96 du manche 74. Pour améliorer la propreté, il est possible d'injecter, à contre-sens de petites quantités d'air froid au niveau de la fixation 58. Cette quantité d'air est, de préférence, soutirée d'une chambre de mélange non montrée dans laquelle on mélange au vent chaud la quantité nécessaire d'air froid pour stabiliser sa température à une valeur pré- déterminée. La figure 3 montre le clapet 46 en position fermée. Cette position s'obtient par une rotation de 90 , à partir de la position de la figure 2, sous l'action du vérin, non représenté, agissant sur les bras 68. Alors que le dispositif de réglage représenté sur les figures 1 et 2 est un dispositif autonome monté entre les deux brides 32 et 34 du porte-vent, le dispositif de réglaqe 98 selon la figure 4 est un dipositif intégré dans le porte- vent à travers une tubulure 100 prévue, à cet effet, dans le blindage du porte-vent ou dans la tubulure de raccordement de la conduite circulaire. Cette réalisation plus simple selon la figure 4 est spécialement conçue pour être adaptée à des porte-vent existantatandis que l'autre solution rend le dispo- t255450 --7-- sitif indépendant et est adaptable si la place disponible le permet. La conception du dispositif de réglage de la figure 4 est, pour le reste,identique à celle du dispositif selon la figure 2. La figure 5 montre une solution intermédiaire entre celle des figures 2 et 4. En effet, le dispositif de réglage 102 est incorporé dans la paroi 106 d'une tubulure solidaire de la conduite circulaire 14, mais le clapet proprement dit, se trouve dans un embout 104indépendant de cette tubu- lure et fixé, de façon démontable, sur une bride de la con- duite descendante 12. La figure 6 montre à nouveau un dispositif de ré- glage 108 intégré à la partie inférieure de la conduite descendante 12. Ce dispositif de réglage108 est orienté, sur la figure 6, vers le four, mais peut être dirigé à volonté dans d'autres directions de manière à constituer un encombre- ment minimal et ne pas gêner l'accès pour l'entretien. Il est également possible de prévoir un dispositif de réglage du débit de vent chaud dans le coude 16. La figure 7 montre un tel clapet 1 se trouvant dans la partie droite du coude 16, immédiatement en aval de la conduite descen- dante 12. Les dispositions selon les figures 6 et 7 ont l'a- vantage de se trouver en aval des sections dans lesquelles s'effectuent les mesures du débit, ces sections se trouvant en général dans la partie centrale de la conduite articulée 12. -8- R e v e n d i c a t i o n s 1.- Dispositif de réglage du débit de vent chaud dans un porte-vent de four à cuve, ce porte-vent étant consti- tué d'une conduite articulée reliant une conduite circulaire à un busillon et garni intérieurement d'un revêtement réfrac- taire, caractérisé par un clapet (46) sensiblement en forme de disque évoluant dans un élargissement sphérique du canal intérieur (44), défini par le revêtement réfractaire (40,42),et monté de façon amovible sur l'extrémité d'une tige (54), qui est logée de façon rotative et étanche dans un support tubulaire (56) solidaire de la paroi du porte-vent ét reliée à l'extérieur du porte-vent à un mécanisme pour faire pivoter la tige 4)et le clapet (46) autour de l'axe longitudinal 0 de la tige (54). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la tige (54) comporte, du côté du clapet (4G), un flasque cylindrique (72) avec une face concave recevant la face convexe d'un manchon cylindrique (48) du clapet (46) le contact entre les faces adjacentes dudit flasque (72) et dudit manchon (48) étant assuré, en montage opératif, par une pièce en forme de marteau dont le manche (74) traverse co- axialement la tige (54), le flasque (72) de la tige (54) et une partie du manchon (48) et dont la tête (76) est logée dans un cavité (78) sensiblement cylindrique dans ledit manchon (48). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête (76) dudit marteau est dégagea- ble du manchon (48) du clapet (46) par rotation et par trans- lation jusque dans une cavité frontale du flasque (72) de la tige (54), à travers un canal (80) entre la cavité (78) dans le manchon (48) du clapet (46) et sa face convexe, la sec- tion de ce canal (80)et celle de la cavité frontale dudit flasque (72) de la tige (54) correspondant sensiblement à celle de la tête (76) du marteau. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le serrage réci- -9- proque entre la tige 64), leflasque (72) et le manchon (48)est effectué au moyen d'un écrou (84) serré autour de l'extrémité filetée du 111allChu (/4) a l'vituulltiu du 1' auLIolli d'unt eUúLLt (pu) disposé autour du manche (74) et prenant appui sur un bloc (76) solidaire de l'extrémité extérieure de la tige (54). 5.- Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la rotation de 90 de la tête (76) de la pièce en forme de marteau est effectuée au moyen d'un levier (88) solidaire de l'extrémité extérieure du manche (74). 6.- Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé par un système de verrouillage (90,92,94) du le- vier (88) et de l'écrou (84). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le clapet (46),son manchon (48)et le flasqe (72) de la tige (54) sont réalisés en carbure de silicium. 8.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la paroi du support tubulaire (56) est double et renferme un premier circuit de refroidissement. 9.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par un second circuit de refroidissement évoluant à travers la paroi double de la tige (54) et à travers le manche (74) du marteau qui est rendu creux à cet effet. 10.- Porte-vent équipé d'un dispositif de réglage du débit de vent chaud selon l'une quelconque des reven- dications 1 a 9. 11.- Porte-vent selon la revendication 10, carac- térisé en ce que le dispositif de réglage (30) est autonome et est incorporé de façon démontable entre deux brides opposées (32,34) du porte-vent. 12.- Porte-vent selon la revendication 10, carac- térisé en ce que le dispositif de réglage (98) est intégré dans la paroi du porte-vent. 13.- Porte-vent selon l'une quelconque des reven- dications 11 ou 12, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (108) se trouve à l'extrémité inférieure de la section droite (12) du portevent immédiatement avant sa connexion avec le coude (16). -10- 14.- Porte-vent selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (110) est associé au coude (16). 15.- Porte-vent s1nn I lnnP il,'tnn(qle lc d rçlrrçn dications 11 ou 12, caractérisé en ce que le dispositif de réglage est associé à une tubulure se trouvant entre la section droite descendante du porte-vent (12)et la con- duite circulaire (14). 16.- Porte-vent selon la revendication 10i caractérisé en ce que le dispositif de réglage (102) est intégré dans la paroi d'une tubulure (106) solidaire de la conduite circulaire (14), tandis que le clapet se trouve dans un embout indépendant (104).