Brevet FR2602309A1 — publié le 19880205

1i 2602309 La présente invention concerne une buse de coupe sidérurgique à double couronne de chauffe. On utilise actuellemient, en sidérurgie, des buses de coupe pour l'oxycoupage à chaud de tales de fortes épais5 seurs ou le refendage à froid. Ces buses connues sont en générale du type monobloc, en totalité en cuivre. Ces buses sont agencées pour assurer, à l'intérieur, un mélange de gaz de chauffe, les gaz combustibles utilisés le plus couramment à cet effet étant le gaz naturel et le propane. L'oxycoupage des tôles de fortes épaisseur à chaud ou à froid nécessite des puissances de chauffe importantes et cette chauffe doit être plus intense à chaud qu'à froid. Pour obtenir des performances d'oxycoupage convenables sur de fortes épaisseurs, il est nécessaire de chauffer effica15 cement non seulement le dessus de la pièce oxycoupée mais encore le fond de la saignée d'oxycoupage. C'est la raison pour laquelle la technologie la plus couramment utilisée à ce jour, dans la conception des buses de coupe pour fortes épaisseurs, est la double couronne de chauffe. Cette double 20 couronne est constituée par une couronne extérieure à flamme très oxydante, permettant de chauffer le dessus de la pièce à oxycouper, et une couronne de chauffe intérieure, proche du jet de coupe, à flamme très carburante, afin d'obtenir un long panache autour du jet de coupe qui, entraîné par ce 25 dernier, pénètre dans la saignée de coupe et aide à la chauffe du fond de cette saignée. Les deux couronnes de flamme, à savoir la couronne extérieure oxydante et la couronne intérieure carburante, sont obtenues par des rapports de sections adaptés à l'en30 droit des injecteurs qui sont réalisés dans la buse de coupe. Compte tenu de la faible puissance spécifique de chauffe des gaz actuellement utilisés (gaz naturel et propane), les débits en gaz combustible et oxygène de chauffe 35 sont très importants (15 à 20 mri3/h) et la réalisation pratique des injecteurs par usinage ne présente pas de diffi- culté particulière. En effet le diamètre des trous à l'endroit des injecteurs est compris entre 0,6 et 1,2 mm, voire davantage. L'utilisation d'autres gaz, tels que le crylène qui offre une puissance spécifique de chauffe nettement plus importante, proche de l'acétylène, et nécessite des vitesses de sortie plus grandes que le gaz naturel ou le propane, conduit, en adoptant la même technologie précédemment et en optimisant les débits de chauffe, à l'obligation de réaliser 10 des trous de diamètre très faible à l'endroit des injecteurs. Ces trous doivent avoir en effet un diamètre de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm sur l'arrivée d'oxygène de chauffe à la couronne centrale carburante pour n'apporter à cette dernière qu'une très faible quantité d'oxygène. Le perçage de trous de diamètres aussi petits dans une pièce de cuivre présente à l'évidence de yrandes difficultés. Pour y remédier on a déjà envisagé, pour constituer les injecteurs, la mise en place d'inserts dans des trous préalablement forés de diamètre relativement grand. Toute20 fois une telle solution est délicate à mettre en oeuvre et onéreuse. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant une buse de-coupe de conception particulièrement simple, facile à usiner et présentant, à l'en25 droit des injecteurs, des trous de section droite très faible. A cet effet cette buse de coupe sidérurgique à double couronne de chauffe à savoir une couronne de chauffe extérieure oxydante et une couronne de chauffe intérieure 30 carburante entourant le jet de coupe, comprenant un canal de coupe central produisant le jet de coupe et, autour de ce canal de coupe central, deux ensembles de canaux répartis autour de l'axe de la buse, à savoir un premier ensemble de canaux extérieurs produisant la couronne de chauffe exté35 rieure oxydante et un second ensemble de canaux intérieurs produisant la couronne de chauffe intérieure carburante, est caractérisée en ce qu'elle est constituée en deux parties formant respectivement un bloc d'injecteurs et un bloc de coupe, accolés suivant un plan de joint transversal et dans lesquels sont percés les divers canaux, et en ce que des moyens sont prévus pour établir une communication entre les canaux extérieurs et les canaux intérieurs, de manière à 5 fournir aux canaux intérieurs la faible quantité d'oxygène nécessaire pour la couronne de chauffe interne à partir du mélange oxy-combustible alimentant les canaux extérieurs. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention les injecteurs alimentant la couronne de chauffe intérieure sont réalisés par l'assemblage des deux blocs constituant la buse, ces injecteurs étant formés, dans le plan de joint transversal des deux blocs, à l'endroit ob se rejoignent d'une part un conduit d'alimentation en gaz combustible, percé dans le bloc d'injecteurs, et d'autre 15 part une rainure d'alimentation en mélange oxy-combustible ménagée dans la face frontale du bloe de coupe et s'étencant entre un conduit du canal intérieur et un conduit du canal extérieur de ce bloc de coupe. La buse suivant l'invention offre l'avantage que 2i les injecteurs assurant l'alimentation en oxygène de la couronne de chauffe intérieure peuvent avoir un diamètre relativement grand, du fait que pour faire parvenir une même quantité d'oxygène dans les canaux intérieurs du bloc de coupe, on est obligé de faire passer un volume de mélange 25 oxycomnbustible plus important et que par ailleurs la pression dans les chambres contenant le mélange oxy-combustible de la couronne extérieure est plus faible que la pression d'alimentation de l'oxygène de chauffe. La buse suivant l'invention offre également l'avan30 tage, du fait de sa réalisation en deux parties, de permettre à l'utilisateur de ne changer que le bloc de coupe dans le cas d'un incident entrainant la détérioration de la partie visible de la buse, alors qu'actuellement il est nécessaire de changer la totalité de la buse. iU n autre avantage procuré par la buse suivant l'invention en deux parties est que l'on peut réaliser les canaux de chauffe, formés dans le bloc de coupe, avec en sortie des parties convergentes, ce qui permet d'optimiser les vitesses de sortie des gaz tout en préservant des chambres de mélange suffisamment importante pour garantir une bonne homogénéisation de ces gaz. On décrira ci-aprs,â titre d'exemple non limitatif, 5 une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale,faite suivant la ligne I-I de la figure 3, d'une buse de coupe sidérurgique à double couronne de chauffe suivant l'inven10 tion. La figure 2 est une vue en plan du bloc d'injecteurs de la buse de coupe de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessous du bloc d'injecteurs de la buse de coupe de la figure 1. La figure 4 est une vue en plan du bloc de coupe de la buse de la figure 1. La figure 5 est une vue de dessous du bloc de coupe de la buse de coupe de la figure 1. La figure 6 est une vue en coupe partielle d'une 20 variante d'exécution. La buse de coupe sidérurgique représentée sur les figures 1 à 5 est constituée en deux parties solidarisées entre elles au moyen de vis ou goupilles, à savoir un bloc d'injecteurs supérieur 1 et un bloc de coupe inférieur 2. 25 Ces deux blocs 1 et 2 ont une forme générale cylindrique et ils sont accolés l'un à l'autre par leurs faces frontales respectives la et 2a constituant leur plan de joint. La buse de coupe présente, dans sa partie centrale, un canal de coupe axial 3 formé dans les deux blocs 1 et 2. 30 Ce canal de coupe 3 est constitué par un conduit cylindrique 3a percé axialement dans le bloc d'injecteurs 1 et par un conduit convergent-divergent 3b percé axialement dans le bloc de coupe 2, pour constituer une tuyère d'éjection du jet de coupe. Le canal de coupe 3 est entouré d'un ensemble de canaux intérieurs 4 régulièrement répartis autour de l'axe de la buse et qui sont destinés à produire, à la sortie de la buse, un'e couronne de chauffe intérieure carburante - 2602309 entourant le jet de coupe. Chaque canal intérieur 4 est constitué par deux conduits 4a et 4b se.raccordant l'un à l'autre dans le plan de joint et qui sont percés respectivement dans les deux blocs 1 et 2. Le conduit 4a s'étend longitudinalement dans le bloc d'injecteurs 1 et il débouche, à son extrémité supérieure, dans une chambre d'alimentation en gaz combustible et, à son extrémité inférieure, dans la face frontale inférieur la du bloc d'injecteurs 1. Le conduit 4b, qui est percé de part en part dans le bloc de 10 coupe 2, converge en direction de l'axe de la buse et il débouche, à son extrémité supérieure, dans la face frontale 2a du bloc de coupe 2, en regard de l'extrémité du conduit 4a, et, a son extrémité inférieure, dans la face frontale inférieure 2b du bloc de coupe 2. Le conduit 4b comprend une 15 partie convergente 4e proche de son orifice de sortie. La buse de coupe comporte également un second ensemble ie canaux extérieur 5 régulièrement répartis autour de l'axe de la buse et qui sont destinés à produire une couronne de chauffe extérieur oxydante autour de la couronne de 20 chauffe intérieure carburante. Les canaux extérieurs sont plus nombreux que les canaux intérieurs et leur nombre est par exemple, le double de celui des canaux intérieurs, chaque canal extérieur 5 est constitué par deux conduits 5a,5b percés respectivement de part en part dans les deux blocs 1 25 et 2. Les deux conduits 5a et 5b sont alignés suivant un même axe et ils forment un canal 5 convergeant vers l'axe de la buse. Le conduit 5a percé dans le bloc d'injecteurs 1 débouche, à son extremité supérieure, dans une chambre d'alimentation en oxygène de chauffe, et à son extrémité infé30 rieure, dans la face frontale inférieure la a du bloc 1. Le conduit 5a communique également, par l'intermédiaire d'un conduit 6, avec la chambre d'alimentation en gaz combustible. Le conduit 5b débouche, à son extrémité supérieure, dans la face frontale supérieure 2a du bloc de coupe 2, et, 35 à son extrémité inférieure, dans la face frontale inférieure 2b de ce bloc. Ce conduit 5b présente avantageusement une partie convergente 5c proche de son orifice de sortie. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 4, les extrémités supérieures des conduits intérieurs 4b communiquent avec les extrémités supérieures des conduits extérieurs 5b qui sont alignés radialement avec eux, 5 par l'intermédiaire de rainures radiales 7 qui sont creusées dans la face frontale supérieure 2a du bloc de coupe 2. Suivant une variante de réalisation représentée sur la figure 6 la communication entre un conduit intérieur 4b et un conduit extérieur 5b pourrait être réalisée au moyen 10 d'un trou oblique 10 percé entre l'orifice supérieur du conduit extérieur 5b et le conduit intérieur 4b. D'après la description qui précède, on peut voir que le bloc d'injecteurs 1 comprend un ensemble d'injecteurs 8 pour la formation d'un mélange oxy-combustible destiné à 15 créer la couronne de chauffe extérieure. Chaque injecteur 3 se trouve au point de jonction des conduits 5a et 6. Par ailleurs la buse comporte également un ensemble d'injecteurs 9 alimentant la couronne de chauffe intérieure en mélange oxy-combustible. Chaque injecteur 9 est formé à l'extrémité 20 supérieure d'un conduit 4b, à l'endroit o débouche une rainure radiale 7 d'alimentation en mélange oxy-combustible et o se trouve l'orifice inférieur du conduit 4a d'alimentation en combustible. Par eorséquent l'ensemble des canaux intérieurs 4 25 produit, autour du jet de coupe sortant de la tuyère 3b, une couronne de chauffe intérieure carburante, la faible quantité d'oxygène nécessaire pour la formation de cette couronne étant prélevée, par les rainures 7, à partir du mélange oxy-combustible formé dans les canaux extérieurs 5. Ces 30 canaux extérieurs produisent à leur tour la couronne de chauffe extérieure oxydante. Les parties convergentes 4c,5c des conduits 4b, 5b permettent d'optimiser les vitesses de sortie des gaz tout en préservant des chambres de mélange, constituées par les 35 parties amont de ces conduits 4b,5b, suffisamment importantes pour garantir une bon-ne homogénéisation des gaz. REVENDICATIONS 1.- Buse de coupe sidérurgique à double couronne de chauffe à savoir une couronne de chauffe extérieure-axydante et une couronne de chauffe intérieure carburante entourant 5 le jet de coupe, comprendnt un canal de coupe central produisant le jet de coupe et, autour de ce canal de-roupe central, deux ensembles de canaux répartis autour de l'axe de la buse, à savoir un premier ensemble de canaux extérieurs produisant la couronne de chauffe extérieure oxydante et un 10 second ensemble de canaux intérieur produisant la couronne de chauffe intérieure carburante, caractérisée en ce qu'elle est constituée en deux parties formant respectivement un bloc d'injecteurs (1) et un bloc de coupe (2), accolés suivant un plan de joint transversal et dans lesquels sont percés les divers canaux (4,5), et en ce que des moyens (7) sont prévus pour établir une communication, entre les canaux extérieurs (5) et les canaux intérieurs (4), de mianière à fournir aux canaux intérieurs (4) la faible quantité d'oxygne nécessaire pour la couronne de chauffe interne à 20 partir du mélange oxy- combustible alimentant les canaux extérieurs (5). 2.- 6use de coupe sidérurgique suivant la revendication i caractérisée en ce que les injecteurs (9) alimentant la couronne de chauffe intérieure sont réalisés par 25 l'assemblage des deux blocs (1,2) constituant la buse, ces injecteurs étant formés, dans le plan de joint transversal des deux blocs (1,2), à l'endroit o se rejoignent d'une part un conduit (4a) d'alimentation en gaz combustible, percé dans le bloc d'injecteurs (1), et d'autre part une 3G rainure (7) d'alimentation en mélange oxy- combustible ménagée dans la face frontale (2a) du bloc de coupe (2) et s'étendant entre un conduit (4b) du canal intérieur (4) et un conduit (5b) du canal extérieur (5) de ce bloc de coupe (2). 3.- Buse de coupe sidérurgique suivant la revendication2 caractérisée en ce que la rainure (7) s'étend radialement entre l'extrémité du conduit extérieufi(5b) et l'extrémité du conduit intérieur (4b) débouchant dans la face frontale (2a) du bloc de coupe (2). 4.- Buse de coupe sidérurgique suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'un trou oblique (10) est percé entre l'orifice, situé dans le plan de joint transversal, d'un conduit- (5b) d'un canal extérieur (5), ce conl1 duit (5b) étant percé dans le bloc de coupe (2), et un conduit (4b) d'un canal intérieur (4) également percé dans le bloc de coupe (2). 5.- Buse de coupe sidérurgique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que 15 les conduits intérieurs (4b) et extérieurs (5b) percés dans le bloc de coupe (2) présente des parties convergentes respectives (4b,5b) proches de leurs orifices de sortie.