Brevet FR2614804A1 — publié le 19881110

2.614804 Buse de pulvérisation binaire destiné à-produire un jet conique plein. 1 La présente invention concerne une buse de pulvéri- sation binaire destinée à produire un jet conique plein qui présente un angle supérieur à 45 , en particulier pour le refroidissement de produits coulés dans des installations de coulée continue, tels que des billettes, des blooms et des petits c8tés de larges bandes, par exemple, comprenant un corps de buse qui possède un premier canal s'étendant coaxialement par rapport à l'orifice de sortie de la buse et vers lequel sont acheminés un fluide gazeux (de l'air, par exemple) et un fluide liquide (de l'eau, par exemple), l'amenée du fluide liquide s'effectuant par un deuxième canal placé à angle droit par rapport au premier canal et débouchant dans ce dernier. Des buses de pulvérisation binaire de ce type sont certes utilisées principalement pour le refroidissement de produits cgulés dans des installations de coulée continue, mais une utilisa- tion à d'autres fins n'est pas exclue. Dans le champ d'application mentionné concernant des installations de coulée continue, il convient d'obtenir un refroidissement le plus régulier et intensif possible des produits de coulée continue concernés. Un refroidissement binaire (à l'aide d'un mélange air-eau, par exemple) l'emporte sur un refroidissement exclusivement par liquide également imaginable, parce que le premier permet d'atteindre un effet de refroi- dissement plus important. Le refroidissement de la barre coulée a lieu en général en plaçant, selon la largeur de la barre coulée concernée, 1 une pluralité de buses les unes à côté des autres, transversalement à la direction de déplacement de la barre coulée. Afin de réduire le nombre de buses nécessaires, il est souhaitable d'utiliser des buses ayant un angle de jet qui soit le plus grand possible (supérieur à 45 ). Les buses de pulvérisation binaire connues jusqu'à présent sont certes en mesure de produire un jet plein ayant un angle important, mais le jet est plan au lieu de former un cône plein. La demande de brevet PCT-WO 85/02132 décrit par exemple une buse de pulvérisation binaire de ce type. Des jets plans de ce type sont toute- fois peu adaptés au champ d'application dont il est question, à savoir le refroidissement de barres coulées, parce que leur capacité de refroidissement n'est pas suffisamment régulière et intensive. On connaît en outre une buse de pulvérisation binaire dans laquelle un jet conique plein est produit en prévoyant plusieurs ouvertures de buse (une ouverture centrale et une fente annulaire l'entourant, par exemple). Ce principe de concep- tion entraîne obligatoirement des sections trans- versales de sortie réduites et partant, une sensibilité des buses concernées à l'engorgement. On connaît en outre une buse de pulvérisation binaire qui est en soi capable de produire une sorte de jet conique plein ayant un angle impor- tant. L'angle important du jet est produit, dans cette buse connue, par un cône de guidage qui dévie le mélange air-eau formant un cône creux. Une partie de l'eau est détournée de 261 4804 1 l'aire latérale du c8ne vers le centre par trois alésages. L'inconvénient pricipal de cette concep- tion connue réside dans le fait que des grosses gouttes apparaissent au centre du jet, étant donné que seule de l'eau, et pas d'air, est détournée. Les trois alésages doivent être très petits. Toutefois, les risques d'obstruction par de l'eau sale en sont considérablement augmen- tés, et dans le cas d'un bouchage des alésages, on n'obtient plus qu'une pulvérisation (indésira- ble) en cône creux. L'invention a pour objet de créer une buse de pulvérisation binaire du type initialement mention- né qui se distingue par un grand angle de jet, une répartition régulière du liquide, des sections transversales d'écoulement importantes et, en conséquence, une grande insensibilité à l'engorge- ment. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint en ce que, pour l'amenée du fluide gazeux, il est prévu dans le corps de buse, un troisième canal qui débouche dans le premier canal à la hauteur du deuxième canal et s'étend à angle droit ou pour l'essentiel à angle droit aussi bien par rapport au premier canal que par rapport au deuxième canal, en ce qu'il est prévu dans le premier canal, un fond de rebondissement qui est destiné au mélange binaire prémélangé dans ce canal et présente des ouvertures de communication avec un canal annulaire placé coaxialement en amont de l'orifice de sortie de la buse et se prolongeant axialement par ce dernier dans la direction d'écoulement et en 26 1 4804 ce que l'orifice de sortie de la buse est également réalisé en forme de canal annulaire qui comporte toutefois un profil extérieur de préférence conique et allant en s'élargissant. L'invention permet de manière avantageuse de produire un véritable jet conique plein ayant des angles supérieurs à 45 . La répartition du liquide du cône plein peut être influencée par la géomé- trie de la buse (répartition égale du liquide). La buse selon l'invention possède des sections transversales d'écoulement importantes par rapport aux buses connues décrites ci-dessus et est par conséquent pratiquement insensible à un bouchage par de l'eau sale. Selon d'autres développements avantageux de l'invention: - le premier canal est réalisé sous forme de trou borgne et le fond du trou borgne sert de fond de rebondissement; - il est prévu au-dessus du fond de rebondissement, des fraisures latérales dans le corps de buse qui débouchent radialement dans le premier canal et servent d'ouvertures de communication avec le canal annulaire; - le corps de buse présente, dans la zone de l'orifice de sortie de la buse, coaxialement au premier canal, un rétrécissement cylindrique épaulé en forme de tenon qui, à son extrémité, forme simultanément la limitation intérieure de l'orifice de sortie en forme de canal annulaire de la buse; - le premier canal est réalisé sous forme d'alésage 1 traversant et le fond de rebondissement sous forme de pièce séparée (pièce en forme de tenon) mise en place dans le premier canal; - le fond de rebondissement possède une surface plane ou pour l'essentiel plane, orientée à angle droit par rapport à l'axe de la buse; - le fond de rebondissement présente une surface courbée en forme de rayon; - le fond de rebondissement possède une surface oblique/conique; la pièce en forme de tenon formant le fond de rebondissement est fixée dans le premier canal par une pièce de fixation qui est disposée sur une saillie et présente des évidements destinés au passage des fluides; - la pièce en forme de tenon est élargie en forme d'assiette à son extrémité située du c8té de l'orifice de sortie de la buse et forme là le fond de rebondissement ainsi que la limitation intérieure du canal annulaire et de l'orifice de sortie en forme de canal annulaire de la buse se raccordant axialement à ce dernier; - la pièce en forme de tenon possède au-dessus de son élargissement, un diamètre plus petit que le premier canal et une fente annulaire apparaissant ainsi entre la partie en forme de tenon et la paroi du premier canal, sert d'ouverture de communication entre la pièce de fixation et le canal annulaire ou l'orifice de sortie de la buse; - la pièce de fixation est réalisée, vue de dessus ou en coupe transversale, sous forme de polygone régulier, de préférence triangulaire, 261 4804 1 les angles étant arrondis conformément au rayon du premier canal et s'appuyant contre ce dernier; - le corps de buse présente, à son extrémité située du c8té de l'orifice de sortie de la buse, coaxialement au premier canal, un rétrécis- sement cylindrique épaulé en forme de tenon sur lequel est placé, de manière à pouvoir être réglé en direction axiale, un capot de déviation formant la limitation extérieure du canal annulaire et de l'orifice de sortie en forme de canal annulaire de la buse se raccordant axialement à ce dernier; - le rétrécissement cylindrique possède un filetage sur lequel est vissé le capot de déviation présen- tant un taraudage correspondant. Il convient à présent d'expliquer l'invention à l'aide de modes de mise en oeuvre représentés sur les dessins, sur lesquels: La figure 1 représente un mode de mise en oeuvre - d'une buse de pulvér'sation binaire, pourmoitié en vueextérieureetpour moitié en coupe longitudinale verticale (coupe I-I sur la figure 2), la figure 2 représente l'objet de la figure 1, en coupe transversale (coupe II-II sur la figure 1), la figure 3 représente une coupe agrandie par rapport aux figures 1 et 2, le long de la ligne III-III de la figure 1, la figure 4 représente le détail "A" de la figure 1, agrandi par rapport à la figure 1, 1 la figure 5 représente un autre mode de mise en oeuvre d'une buse de pulvérisation binaire, en coupe longitudinale verticale (coupe V-V sur la figure 6), et la figure 6 représente la buse selon la figure 5, en coupe transversale (coupe VI-VI sur la figure 5). Sur les figures 1 à 4, 10 désigne un corps de buse d'une buse de pulvérisation binaire. Le corps de buse 10 est réalisé en forme de parral- lélépipède et possède (en référence à la figure 1) un premier canal il orienté verticalement qui est fermé par une vis 12 à son extrémité supérieure. Il ressort de la figure 2 que deux autres canaux 13 et 14 débouchent dans le premier canal 11, à angle droit par rapport à ce dernier et à angle droit l'un par rapport à l'autre. Le canal 13 (désigné ci-dessous par "deuxième canal") est destiné à l'amenée d'un fluide liquide, de l'eau, par exemple, et le canal 14 (désigné ci-dessous par "troisième canal") à l'amenée d'un fluide gazeux, de l'air, par exemple. Comme il ressort de la figure 1 et en particulier également de la représentation agrandie de la figure 4, le premier canal 11 est réalisé sous forme de trou borgne, c'est-à-dire qu'il est fermé par un fond 15 à son extrémité inférieure sur les figures 1 et 4. Le fond 15 constitue un fond de rebondissement pour le mélange gaz- liquide prémélangé à l'intérieur du premier canal 11 et transporté dans la direction de la flèche 16 vers l'orifice de la buse désigné 26 1 4804- 1 globalement par 17. Il ressort en outre des dessins, et en particulier des figures 2 et 3, qu'il est prévu, directement au-dessus du fond de rebondissement 15, trois fraisures radiales 18, 19 et 20 par lesquelles le mélange gaz-liquide peut, comme indiqué à la figure 4, s'échapper du premier canal ll vers l'extérieur. Les figures 1, 3 et 4 font en outre ressortir que le corps de buse 10 présente, dans la zone de l'orifice de sortie 17 de la buse, coaxiale- ment au premier canal 11, un rétrécissement cylindrique 23 épaulé en forme de tenon en 21 et 22. Le rétrécissement cylindrique 23 possède un filetage 24 sur lequel est vissé un capot de déviation extérieurement hexagonal et désigné globalement par 25. Le capot de déviation 25 forme, dans sa partie intérieure avec le rétré- cissement cylindrique 23 du corps de buse 10, un canal annulaire 26 et, dans le prolongement axial de ce dernier, l'orifice de sortie 17 de la buse déjà mentionné et réalisé également en forme de canal annulaire. Le canal annulaire 26 est relié par les fraisures radiales 18, 19, 20 qui font donc fonction d'ouvertures de communication, au premier canal 11, de telle sorte que le mélange gaz-liquide puisse passer du premier canal 11 dans le canal annulaire 26 par les ouverturesdecommunication 18à 20 et sortir de là à l'extérieur par l'orifice de sortie 17 de la buse. Tandis que le canal annulaire 26 possède une limitation extérieure cylindrique 27, l'orifice de sortie 17 en forme de canal annulaire de la buse est élargi dans la direction d'écoulement 16 et présente à cet effet un profil extérieur 28 conique (cf. figures 1 et 4). La buse de pulvérisation binaire décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante. L'introduction d'eau par le deuxième canal 13 et d'air par le troisième canal 14 dans le premier canal 11 provoque, du fait de l'amenée des deux fluides dans des directions se trouvant à angle droit l'une par rapport à l'autre, un prémélange de ces deux fluides. Le mélange air-eau s'écoule le long du premier canal ll dans la direction de la flèche 16, jusqu'à ce qu'il rencontre le fond de rebondissement 15. Dans le mode de mise en oeuvre qui ressort des figures 1 à 4, le fond de rebondissement 15 est réalisé avec une surface plane. Selon la répartition désirée du fluide, il peut toutefois être creusé de manière sphérique ou conique. Une déviation du mélange a lieu sur le fond de rebondissement 15 en direction radiale vers l'extérieur, ce mélange parvenant, comme l'indique la figure 4, par les fraisures 18, 19, 20 faisant fonction d'ouvertures de communication, dans le canal annulaire cylindrique 26 et simultanément ou à la suite de cela, dans l'orifice de sortie 17 conique/en forme de canal annulaire de la buse d'o il sort à l'extérieur sous forme de jet conique plein finement pulvérisé. La déviation multiple sur le fond de rebondissement 15 et à l'intérieur du capot de déviation 25 permet le mélange complet et définitif du mélange air- eau jusqu'ici prémélangé dans le premier canal 11, le jet conique plein désiré pouvant être ainsi 26 1,4804 1 obtenu. Dans la buse de pulvérisation binaire selon les fi..-es 5 et 6, les pièces correspondant au mode de mise en oeuvre des figures 1 à 4 sont, pour plus de clarté, désignées par les mêmes nombres de référence qui sont toutefois complétés par la lettre a pour les différencier du mode de mise en oeuvre selon les figures 1 à 4. D'après les figures 5 et 6 et contrairement au mode de mise en oeuvre des figures 1 à 4, le premier canal lla est désormais réalisé sous forme d'alésage traversant et le fond de rebon- dissement 36 est formé par une pièce en forme de tenon 30 placée sous forme de pièce séparée dans le corps de buse 10a. La pièce en forme de tenon 30 est fixée par une pièce de fixation a disposée sur une saillie 29 du premier canal lla. La fixation s'effectue à l'aide de deux écrous 31, 32. Comme le montre également la figure 5, la pièce en forme de tenon 30 est élargie en forme d'assiette à son extrémité 33 située du c8té de l'orifice de sortie de la buse et forme là le fond de rebondissement 36 qui présente en conséquence une surface courbée en forme de rayon. Comme variante à la réalisation du fond de rebon- dissement 36 représentée sur la figure 5, il est également imaginable de réaliser sa surface plane et de l'orienter à angle droit par rapport à l'axe longitudinal de la buse (à peu près comme dans le mode de mise en oeuvre des figures 1 à 4). Une réalisation oblique/conique de la il 26 1 4 8 0 4 surface du fond de rebondissement 36 est également possible. Des variantes de configuration correspondantes du fond de rebondissement sont également imagina- bles dans le mode de mise en oeuvre selon les figures i à 4. Dans la variante conformément aux figures 5 et 6, la limitation extérieure du canal annulaire 26a et de l'orifice de sortie 17a de la buse est réalisé:, de manière analogue au mode de mise en oeuvre des figures 1 à 4, par des parois intérieures correspondantes 27a et 28a d'un capot de déviation 25a qui est vissé sur un filetage 24a d'un rétrécissement 23a épaulé en forme de tenon du corps de buse 10a. Une autre particularité de la buse de pulvérisation binaire selon les figures 5 et 6 réside dans le fait que la partie en forme de tenon 30 possède, au-dessus de son élargissement en forme d'assiette, un diamètre plus petit que le premier canal lia et qu'une fente annulaire 34 apparaissant ainsi entre la partie en forme de tenon 30 et la paroi du premier canal lia sert d'ouverture de communication entre la pièce de fixation 15a et le canal annulaire 26a ou l'orifice de sortie 17a de la buse. A l'extrémité inférieure du rétrécissement 23a épaulé en forme de tenon, le premier canal lla se prolonge par un élargis- sement arrondi 35 qui correspond à l'arrondissement du fond de rebondissement 36. La pièce en forme de tenon 30 est fixée dans sa position à l'inté- rieur du corps de buse 10a représentée à la figure 5, par un dispositif d'espacement indiqué 26 1 4 8 04 schématiquement sur la figure 5 et désigné par 37 qui possède des ouvertures axiales de passage 38 destinées au mélange air-eau s'écoulant dans la direction de la flèche 16a. Par rapport au mode de mise en oeuvre selon les figures 1 à 4, la buse de pulvérisation binaire selon les figures 5 et 6 possède en- core une autre particularité qu'il convient à présent de mentionner. Vue de dessus ou en coupe transversale, la pièce de fixation 15a est réalisée sous forme de triangle régulier, les angles étant arrondis conformément au rayon du premier canal lla et s'appuyant contre ce dernier. Des évidements en forme d'arc ou de sécante qui sont désignés sur la figure 6 par 18a, 19a et 20a et apparaissent entre les "côtés du triangle" de la pièce de fixation 15a et la paroi du premier canal lla, servent pour le mé- lange air-eau d'ouvertures de communication entre la pièce de fixation 15a et la fente annulai- re 34 et partant, également vers le canal annulai- re 26a et l'orifice de sortie 17a de la buse. Du point de vue de son fonctionnement, la buse de pulvérisation binaire selon les figures 5 et 6 correspond pour l'essentiel à celle du mode de mise en oeuvre selon les figures 1 à 4, si bien que de nouvelles explications détaillées ne sont pas nécessaires. Il convient pourtant de mentionner encore une particularité qui concerne aussi bien la buse de pulvérisation binaire selon les figures 1 à 4 que le mode de mise en oeuvre selon les figures 5 et 6. Il s'agit du fait que le capot de déviation 25 ou 25a 1 peut, du fait qu'il est vissé sur le rétrécissement cylindrique 23 ou 23a du corps de buse 10 ou a, être réglé en continu axialement par rapport à ce dernier. Il est ainsi possible de manière avantageuse de faire varier en continu d'envi- ron 45 à 120 environ, l'angle du jet conique plein sortant de la buse. Comme variante au vissage représenté sur les dessins du capot de déviation 25, 25a sur le corps de buse 10, 10a, il est également possible d'imaginer une fixation du capot de déviation , 25a par un crantage qui devrait être prévu sur le corps de buse 10, 10a ou sur son rétrécis- sement cylindrique 23, 23a, à des écartements axiaux déterminés. Il serait ainsi possible de régler le capot de déviation 25, 25a par degrés par rapport au corps de buse 10, lOa et partant, de faire varier également par degrés l'angle du jet conique plein. 66148o0 REVENDICATIONS 1 1. Buse de pulvérisation binaire destinée à produire un jet conique plein qui présente un angle supérieur à 45 , en particulier pour le refroidissement de produits coulés dans des installations de coulée continue, tels que des billettes, des blooms et des petits côtés de larges bandes, par exemple, comprenant un corps de buse qui possède un premier canal s'étendant coaxialement par rapport à l'orifice de sortie de la buse et vers lequel sont acheminés un fluide gazeux (de l'air, par exemple) et un fluide liquide (de l'eau, par exemple), l'amenée du fluide liquide s'effectuant par un deuxième canal placé à angle droit par rapport au premier canal et débouchant dans ce dernier, caractérisée en ce que pour l'amenée du fluide gazeux, il est prévu dans le corps de buse (10, 10a), un troi- sième canal (14, 14a) qui débouche dans le premier canal (11, lla) à la hauteur du deuxième canal (13, 13a) et s'étend à angle droit ou pour l'es- sentiel à angle droit aussi,bien par rapport au premier canal (11, la) que par rapport au deuxième canal (13, 13a), en ce qu'il est prévu dans le premier canal (11, lla), un fond de rebondissement (15, 36) qui est destiné au mélange binaire prémélangé dans ce canal et présente des ouvertures de communication (18, 19, 20) avec un canal annulaire (26, 26a) placé coaxialement en amont de l'orifice de sortie (17, 17a) de la buse et se prolongeant axialement par ce dernier dans la direction d'écoulement (16) et en ce que l'orifice de sortie (17, 17a) de la buse est 6148 0 4 également réalisé en forme de canal annulaire qui comporte toutefois un profil extérieur (28, 28a) de préférence conique et allant en s'élar- gissant. 2. Buse de pulvérisation binaire selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le premier canal (11) est réalisé sous forme de trou borgne et que le fond (15) du trou borgne sert de fond de rebondissement (Figures 1 à 4). 3. Buse de pulvérisation binaire selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisée en ce qu'il est prévu au-dessus du fond de rebondissement (15), des fraisures latérales (18, 19, 20) dans le corps de buse (10) qui débouchent radialement dans le premier canal (11) et servent d'ouvertures de communication avec le canal annulaire (26) (Figures 1 à 4). 4. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractéri- sée en ce que le corps de buse (10) présente, dans la zone de l'orifice de sortie (17) de la buse, coaxialement au premier canal (11), un rétrécissement (23) cylindrique épaulé en forme de tenon (en 21 et 22) qui, à son extrémité, forme simultanément la limitation intérieure de l'orifice de sortie (17) en forme de canal annulaire de la buse (Figures 1 à 4). 5. Buse de pulvérisation binaire selon la revendi- cation 1-, caractérisée en ce que le premier canal (lla) est réalisé sous forme d'alésage traversant et le fond de rebondissemenr; (36) sous forme de pièce séparée (pièce en forme de tenon 30) mise en place dans le premier canal (lia) (Figures 5 et 6). 6. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que le fond de rebondissement (15, 36) possède une surface plane ou pour l'es- sentiel plane, orientée à angle droit par rapport à l'axe de la buse (Figures 1 à 4). 7. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le fond de rebondissement (15, 36) présente une surface courbée en forme de rayon (Figures 5 et 6). 8. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le fond de rebondissement (15, 36) possède une surface oblique/conique. 9. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque e-d- revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'une pièce en forme de tenon (30) formant le fond de rebondissement (36) est fixée dans le premier canal (lia) par une pièce de fixation (15a) qui est disposée sur une saillie (29) et présente des évidements (18a, 19a, 20a) destinés au passage des fluides (Figures 5 et 6). 26 14804 1 10. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications 5 et 7 à 9, caracté- risée en ce que l,: nièce en forme de tenon (30) est élargie en forme d'assiette à son extrémité (33) située du c8té de l'orifice de sortie de la buse et forme là le fond de rebondissement (36) ainsi que la limitation intérieure du canal annulaire (26) et de l'orifice de sortie (17a) en forme de canal annulaire de la buse se rac- cordant axialement à ce dernier. 11. Buse de pulvérisation binaire selon l'une des revendications 1 et 9 ou 10, caractérisée en ce que la pièce en forme de tenon (30) possède au-dessus de son élargissement (33) en forme d'assiette, un diamètre plus petit que le premier canal (lla) et en ce qu'une fente annulaire (34) apparaissant ainsi entre la partie en forme de tenon (30) et la paroi du premier canal (lla), sert d'ouverture de communication entre la pièce de fixation (15a) et le canal annulaire (26a) ou l'orifice de sortie (17a) de la buse. 12. Buse de pulvérisation binaire selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que la pièce de fixation (15a) est réalisée, vue de dessus ou en coupe transversale, sous forme de polygone régulier, de préférence triangu- laire, les angles étant arrondis conformément au rayon du premier canal (lla) et s'appuyant contre ce dernier. 13. Buse de pulvérisation binaire selon l'une 1 quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 12, caractérisée en ce que le corps de buse (10, a) présente, à son extrémité située du c8té de l'orifice de sortie de la buse, coaxialement au premier canal (11, lla), un rétrécissement (23, 23a) cylindrique épaulé en forme de tenon sur lequel est placé, de manière à pouvoir être réglé en direction axiale, un capot de déviation (25, 25a) formant la limitation extérieure (27, 27a et 28, 28a) du canal annulaire (26, 26a) et de l'orifice de sortie (17, 17a) en forme de canal annulaire de la buse se raccordant axialement à ce dernier. 14. Buse de pulvérisation binaire selon la revendi- cation 13, caractérisée en ce que le rétrécissement cylindrique (23, 23a) possède un filetage (24, 24a) sur lequel est vissé le capot de déviation (25, 25a) présentant un taraudage correspondant.