Brevet FR2646230A1 — publié le 19901026

DISPOSITIF D'INJECTION D'AIR PRECHAUFFE DANS UN FOUR A CUVE La présente invention concerne un dispositif d'injection d'air préchauffé dans un four à cuve constitué de plusieurs éléments distincts consistant en un blindage extérieur et un revêtement réfractaire intérieur et comprenant au moins un élément tubulaire central relié, d'un côté, par une première articulation et un premier compensateur à une première tubulure solidaire d'une conduite circulaire d'alimentation en air préchauffé entourant le four et, du côté opposé, par une seconde articulation et un second compensateur a une seconde tubulure qui est prolongée par un coude et un busillon, ce dernier étant articulé par une troisième articulation sur la paroi du four. Ces dispositifs, plus généralement connus sous le nom de "porte-vent" sont exposés à des problèmes de mobilité et d'étanchéité. En effet, par suite de la température et de l'air préchauffé (température de l'ordre de 1200 C ou plus) et de la température élevée régnant à l'intérieur du four, la paroi de ce dernier, ainsi que la conduite circulaire et le porte-vent sont exposés à des dilatations et déformations thermiques causant des déplacements relatifs non négligeables entre la conduite circulaire et la paroi du four. Il faut donc que le porte-vent soit en mesure de compenser ces déplacements relatifs tout en évitant des fuites de gaz ou d'air préchauffé. Pour répondre à ces exigences, le brevet US No. 3,766,868 propose un porte-vent du genre décrit dans le préambule. Ce porte-vent a, par la suite, été perfec- tionné par la conception de trois articulations univer- selles à joint sphérique du genre décrit dans le document DE-C2-2218331. Les trois articulations de ce porte-vent permettent la compensation de tous les mouvements relatifs entre la conduite circulaire et la paroi du four. L'étanchéité au niveau des articulations est assurée par des compensateurs à soufflet, alors que la stabilité mécanique est assurée par des liaisons à cardan associés au niveau de la première et de la seconde articulation à joint sphérique aux deux extrémités opposées de l'élément tubulaire central. Ces connexions à cardan maintiennent la liberté de mouve- ments des articulations, tout en garantissant la conservation de la largeur du joint sphérique. Certes, ces liaisons à cardan remplissent à la satisfaction des utilisateurs les tâches pour les- quelles elles ont été conçues, mais, malheureusement, elles augmentent le prix de revient et le poids du porte-vent. Le but de la présente invention est de prévoir un dispositif d'injection du genre décrit dans le préam- bule qui est d'une plus grande simplicité et offre, en même temps, tous les avantages des dispositifs connus. Pour atteindre cet objectif, le dispositif proposé par la présente invention est essentiellement caracté- risée par une paire de tirants diamétralement opposés de part et d'autre de l'élément central et dont les extrémités opposées sont articulées respectivement à la première et à la seconde tubulure et par un cadre disposé autour de l'élément central et articulé par deux points cardinaux opposés à cet élément central et par les deux autres points cardinaux opposés aux deux tirants. Les articulations aux quatre points cardinaux sont des articulations permettant des pivotements autour de trois axes parallèles entre eux et perpendiculaires à un plan défini par les axes longitudinaux des tirants. Les deux tirants assurent une distance déterminée entre les deux tubulures, alors que l'élément central est supporté par les tirants par l'intermédiaire du cadre. Les articulations entre les tirants et les deux tubulures et celles du cadre autour de l'élément central permettent à ce dernier d'occuper toutes les orientations permises par le joint sphérique entre cet élément et les tubulures opposées. Les joints sphériques peuvent être conçus de manière classique, c.à.d. être orientés parallèlement-dans le même sens, ou être orientés en sens contraire, de manière que leur centres de courbures se trouvent respectivement au centre de chacune des tubulures adjacentes. D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci- dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la fig. 1 représente une vue schématique, en coupe verticale, d'un porte vent classique, selon le brevet US 3,766,868; la fig. 2 représente une vue analogue d'un porte- vent conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention; la fig. 3 représente une vue analogue d'un porte- vent conformément à un second mode de réalisation de la présente invention les figs. 4 et 5 montrent la partie centrale du porte-vent suivant deux directions perpendiculaires l'une à l'autre; la fig. 6 est une vue schématique en coupe correspondant à celle de la fig. 4; la fig. 7 est une vue analogue à celle de la fig. 6 montrant un désaxement des tubulures supérieures et inférieures; la fig. 8 représente une vue analogue à celle de la fig. 6 en cas d'inclinaison de la tubulure inférieure par rapport à la tubulure supérieure et les figs. 9 à l montrent des vues schématiques en coupe correspondant a la fig. 5 et représentant respectivement les différentes sections en alignement et en désaxement. Le porte-vent connu représenté sur la fig. 1 par la référence 20 relie une conduite circulaire principale 22, aménagée autour d'un haut-fourneau, à la paroi 24 de celui-ci. Ce porte-vent 20 comporte une section oblique rectiligne constituée d'un élément tubulaire 26 articulé par son extrémité supérieure sur une tubulure 28 solidaire de la conduite circulaire 22 et par son extrémité inférieure sur une tubulure 30 qui est bridée sur un coude 32. Ce coude 32 est prolongé par un busillon 34 dont l'extrémité est articulée sur une tuyère 36 fixée dans la paroi 24 du four. L'articulation supérieure 38 et l'articulation inférieure 40 de l'élément 26 sont des articulations à joint sphérique dont les centres de courbures sont identifies par X et Y. De même, l'articulation entre le busillon 34 et la tuyère 36 est une articulation 42 à joint sphérique dont le centre de courbure est représenté par Z. Les trois points X, Y et Z constituent par conséquent une articulation à trois points dans l'espace qui permet des déplacements angu- laires suffisants du busillon 34 et de l'élément central 26 pour compenser tous les mouvements relatifs entre la conduite circulaire 22 et la paroi 24 du four. L'étanchéité au niveau des articulations 38 et 40 est assurée par des compensateurs à soufflet 44, 46 fixés respectivement sur l'élément tubulaire 26 et les tubulures adjacentes 28 et 30. Des articulations à cardan 48, 50 reliant l'élément central 26 aux tubu- lures adjacentes 28 et 30 assurent la stabilité méca- nique et maintiennent une largeur déterminée du joint sphérique. Tous les éléments du porte-vent sont consti- tués d'un blindage métallique extérieur et d'un revête- ment réfractaire intérieur associé éventuellement à une matière d'étanchéité au niveau des articulations 38, 40 et 42. La présente invention propose la suppression des deux cardans 48 et 50 de la fig. 1 et leur remplacement par un cadre 52 (voir fig. 2 et 3) qui est articulé d'une part, à deux endroits diamétralement opposés sur la tubulure centrale et, d'autre part, sur une paire de tirants articulés, à leur tour, sur les tubulures 28 et , comme expliqué plus en détail en référence aux figs. 4 à 11. La fig. 2 illustre l'application de cette nouvelle conception à un porte-vent classique dans lequel les articulations sphériques sont orientées dans le même sens. Les différents éléments de ce porte-vent de la fig. 2 correspondant à ceux de la fig. 1 portent les références analogues de la série 100. La fig. 3 montre l'application de la conception selon la présente invention à un porte-vent nouveau tel que proposé dans la demande de brevet luxembourgeois No. 87 283. Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 3 les éléments correspondants à ceux de la fig. 1 portent des réf6rences analogues de la série 200. Ce mode de réalisation se distingue par rapport à celui de la fig. 2 par le retournement de la courbure de l'articulation inférieure 240 de sorte que les deux articulations 238 et 240 présentent des courbures orientées en sens oppose, ce qui permet de raccourcir la longueur de l'élément central 226. Les figs. 4 à 11 montrent les détails constructifs et fonctionnels du dispositif de stabilisation proposé par la présente invention en remplacement des cardans 48 et 50 de la fig. 1. Ce dispositif sera décrit, à titre d'exemple, en référence au mode de réalisation préférentiel de la fig. 3. Il est toutefois évident que le dispositif est applicable sans modification au mode de réalisation de la fig. 2. Les figs. 4 et 5 montrent des vues latérales de l'élément tubulaire central 226 muni, de part et d'autre, de ses compensateurs 244, 246 entourant les joints sph6riques 238 et 240, non visibles sur ces figs.. Un cadre 52, p.ex. carré ou, de préférence, en forme d'anneau est disposé autour de l'élément central 226 auquel il est articulé par deux pivots 54 et 56, diamétralement opposés, p.ex. logés dans des ouvertures de passage de l'anneau 52 et du blindage de l'élément central 226. L'anneau 52 peut donc effectuer un mouve- ment de pivotement par rapport à l'axe commun O des deux pivots 54, 56 et vice versa. L'anneau 52 comporte, en outre, décalé de 90 par rapport aux pivots 54, 56, deux articulations diamétralement opposées, le reliant à deux tirants 58, 60. Ces articulations peuvent être constituées, de la manière la plus simple, par deux paires de fourches 62 et 64 soudées extérieurement sur l'anneau 52 et dans le creux arrondi desquelles est engagé un croisillon 66, 68 à section ronde, solidaire des tirants 58, 60. Les axes des croisillons 66, 68 forment donc deux axes de pivotement entre l'anneau 52, d'une part, et les tirants 58, 60, d'autre part, et vice versa, ces deux axes étant tous les deux paralleles à l'axe de pivotement O décrit ci-dessus. Chacun des deux tirants, 58, 60 est, en outre, arti- culé par ses extrémités supérieure et inférieure respectivement aux tubulures supérieure 228 et infé- rieure 230. Chacune de ces articulations peut être constituée par une simple charnière 70 comprenant un moyeu de pivotement 72 engagé à travers un double oeillet solidaire de la tubulure concernée et une ouverture au bout du tirant 58 ou 60. Les ouvertures de passage aux extrémités des tirants 58, 60 sont exécutés en trous oblongs et comportent, de préférence, des surfaces d'appui arrondies afin de permettre également des pivotements des tirants 58, 60 dans la plan de la fig. 5. Les charnières 72 peuvent également être remplacées par des articulations plus sophistiquées, p.ex. des rotules. Il est à noter que, pour permettre un fonctionnement correct du dispositif, les axes des moyeux doivent obligatoirement passer par les centres de courbures X et Y du joint sphérique 238, 240. Les tirants 58 et 60 maintiennent, par conséquent, une distance constante et préd6terminée entre les tubulures 228 et 230, alors qu'ils portent, par l'intermédiaire de l'anneau 52, l'élément central 226 de manière flottante entre les tubulures 228 et 230. Les figs. 6 à 11 illustrent différentes possibilités de mouvements et pivotements relatifs entre les tubu- lures 228 et 230 et la manière dont ces mouvements sont compensés par un positionnement correspondant de l'élément central 226. Les mouvements et pivotements relatifs entre les tubulures 228 et 230 qui sont illustres sur les figs. 6 à 8 sollicitent uniquement les articulations au niveau des charnières 72 entre les tirants 58, 60 et les tubulures, alors que les articulations au niveau de l'anneau 52 ne sont pas sollicités car, comme le montrent les figs. 7 et 8, celui-ci garde, par rapport aux tirants et à l'élément central 26 sa position diamétrale neutre de la fig. 6. Par contre, Ies déformations transversales par rapport au plan des figs. 6 à 8 et illustrées par les figs. 9 à 11 sollicitent les articulations au niveau de l'anneau 52. Comme le montre plus particulièrement les figs. 10 et 11, les déplacements dans ce plan occasionnent une déformation parallèle entre les tirants 58, 60 et l'anneau 52 par pivotement de ce dernier autour de l'axe 0 par rapport à l'élément central 226 et par pivotement relatif entre l'anneau 52 et les tirants 58, 60. Il est à noter que les figs. 6 à 11 montrent, à titre d'illustration, des mouvements élémentaires (exagérés sur les figs. pour leur bonne compréhension) mais, dans la pratique, les mouvements du porte-vent sont plus complexes, c.à.d. que les d6calages et inclinaisons représentés sur ces figs. peuvent se produire en même temps. La combinaison de l'anneau 52 avec les tirants 58 et permet, par conséquent, d'exercer les mêmes fonctions que les deux cardans 48 et 50 de la fig.1 tout en étant d'une construction plus simple et moins chère. Autrement dit on a remplacé deux cardans par un seul qui, de surcrott peut être plus lèger, car le 1 1 cadre doit seulement porter l'élément central alors que les cardans classiques doivent supporter la pression régnant à l'intérieur du porte-vent et sont de ce fait exposés à des sollicitations environ dix fois plus importantes. L'invention a été décrite, à titre d'exemple, en référence à un porte-vent à joints sphériques. Il faut toutefois signaler que l'invention n'est pas limitée à ce type de porte-vent mais peut également être appliquée à un porte- vent avec des joints trapézoïdaux ou en cascade. La combinaison de l'anneau 52 avec les tirants 58, offre, en outre, un avantage supplémentaire. En effet, le parallélisme permanent et forcé de l'axe de l'élément central 226 par rapport aux tirants 58, 60 permet à ceux-ci d'assister le positionnement optimal de cet élément central 226 de manière que son axe longitudinal passe, dans toutes les positions et orientations, par les centres de courbures X et Y du joint sphérique 228 et 230, ce qui élimine toute possibilité de mouvements aléatoires et les frottements superflus au niveau du joint des articulations. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection d'air préchauffé dans un four à cuve constitué de plusieurs éléments distincts consistant en un blindage extérieur et un revêtement r6fractaire intérieur et comprenant au moins un élément tubulaire central (226) relié, d'un côté, par une première articulation (238) et un premier compensateur (244) à une première tubulure (228) solidaire d'une conduite circulaire (222) d'alimentation en air pré- l0 chauffé entourant le four et, du côté opposé, par une seconde articulation (240) et un second compensateur (246) à une seconde tubulure (230) qui est prolongée par un coude (232) et un busillon (234), ce dernier étant articulé par une troisième articulation (242) sur la paroi (224) du four, caractérisé par une paire de tirants (58), (60) diamétralement opposée de part et d'autre de l'élément central (226) et dont les extrémités opposées sont articulées respectivement à la première et à la seconde tubulure (228), (230) et par un cadre (52) disposé autour de l'élément central et articulé par deux points cardinaux opposes à cet élément central (226) et par les deux autres points cardinaux opposés aux deux tirants (58), (60). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (52) est en forme d'anneau. 3. Dispositif selon la renvendication 1, caractérisé en ce que les articulations aux quatre points cardinaux du cadre (52) sont des articulations permettant des pivotements autour de trois axes parallels entre eux et perpendiculaires à un plan défini par les axes longitudinaux des tirants.