BE1028247A1 - Distributeur de post-combustion - Google Patents

Abstract

Distributeur de post-combustion agencé pour être emmanché sur une lance de post-combustion, comprenant un anneau de distribution (7), un tube externe avant (8), un tube externe arrière (6) et un répartiteur fluidique comprenant un manchon annulaire de renforcement (2), un tronçon de tube distal (3) et un tronçon de tube proximal (1).

Description

« DISTRIBUTEUR DE POST-COMBUSTION » La présente invention se rapporte à un distributeur de post- combustion agencé pour être emmanché sur une lance de post- combustion.

Dans le domaine de la sidérurgie, dans un convertisseur, le souhait de l'aciériste est de brûler, en combustion secondaire, le monoxyde de carbone émanant de la réaction de décarburation de la fonte vers l'acier, par insufflation d'oxygène secondaire. Cela permet notamment de transformer une partie de l'énergie chimique, habituellement perdue par évacuation du monoxyde de carbone dans des cheminées, en énergie thermique conservée dans le convertisseur métallique, la réaction entre le monoxyde de carbone et l'oxygène étant exothermique.

En effet, dans les procédés métallurgiques tels que la fabrication d'acier, la combustion secondaire est organisée par une lance de post-combustion. Ce type de lance est parcouru en son axe par un flux de gaz comburant primaire, de préférence de l'oxygène, pour insuffler celui-ci par son nez, et, en périphérie, par un fluide de refroidissement, de l'eau notamment, suivant Un cheminement aller, vers lenez de lance, puis retour.

En plus du passage du flux de gaz comburant primaire en son axe, la lance de post-combustion est équipée généralement d'un tronçon annulaire muni d'orifices de faible diamètre, appelé distributeur de post-combustion, qui permet d'insuffler un flux de gaz comburant secondaire, de préférence de l'oxygène, sous forme d'un brouillard peu véloce. En outre, l'utilité de ce flux de gaz secondaire et donc de la combustion secondaire varie selon la distance par rapport au bain métallique à laquelle elle est mise en œuvre.

A distance élevée, de l’ordre de 2 à 3 mètres au-dessus du front de lance, le flux de gaz secondaire et donc la combustion secondaire génèrent Une enveloppe de chaleur autour de la lance de post-combustion. Cette enveloppe permet la surchauffe des scories qui auraient tendance à se coller à la lance de post-combustion, en entraînant donc leur glissement vers le bain. Cela a pour avantage de diminuer le besoin de nettoyage de la lance de post-combustion.

A distance faible, de l'ordre de 1 mètre au-dessus du front de lance, la chaleur générée par la combustion secondaire du flux de gaz secondaire peut alors être renvoyée au bain métallique et entrer en jeu dans le procédé de coulée.

Un distributeur de post-combustion usuel intéresse la section complète de la lance. II comprend un anneau de distribution qui est pourvu de passages pour un fluide de refroidissement, disposés parallèlement l'un à l'autre et coaxialement à l'anneau de distribution, et qui présente des ouvertures périphériques pour l'injection à l'extérieur de flux d'oxygène, et un tube externe avant et un tube externe arrière agencés de manière fixe de part et d'autre de l'anneau de distribution. Un distributeur de post-combustion usuel constitue donc un ensemble imposant, complexe et coûteux à réaliser.

Dans la suite de la description on entendra par le terme oxygène, qu'il soit primaire ou secondaire, tout gaz permettant une combustion primaire ou secondaire, notamment de l'oxygène technique présentant un plus ou moins grand degré de pureté ou des mélanges gozeux contenant de l'oxygène, comme de l'air par exemple.

On comprend aisément qu'à cause du rayonnement thermique issu du bain métallique en fusion lui-même, du réfractaire, de la combustion primaire et de la combustion secondaire, mais aussi des échanges convectifs avec l'atmosphère à haute température, Ies conditions thermiques qui règnent dans cet environnement sont extrêmement intenses. Dès lors il a été nécessaire de protéger les distriouteurs de post-combustion par leur réalisation en matériau à haute conductivité thermique, par exemple en cuivre, afin de favoriser les échanges thermiques avec le flux de fluide de refroidissement qui traverse en cheminement aller et en cheminement retour le distributeur de post- combustion. | en résulte que les distributeurs de post-combustion classiques sont généralement très imposants et complexes à réaliser par l'imborication de plusieurs tubes et liaisons internes. L'anneau de distribution réalisé en matériau très conducteur, tel que du cuivre, est peu résistant mécaniquement à haute température. II peut alors constituer une rotule plastique, tant lors du fonctionnement à cause des conditions thermiques que lors de la manipulation de la lance de post-combustion.

En effet, les lances de post-combustion équipées d'un distriouteur de post-combustion sont soumises à des contraintes de flexion pendant leur durée de vie, notamment lors de diverses opérations de manipulation comme par exemple le chargement, le déchargement, le renversement de la lance.

Ces inconvénients doivent être évités car ils entraînent une possible distorsion permanente de la lance, une durée de vie diminuée de la lance, une défaillance au niveau du distributeur de post- combustion, des opérations de manutention nécessaires à la réparation, voire au remplacement d'une partie ou de la lance entière. Il a notamment été développé des distributeurs de post-combustion à renforcement interne pour pallier ces inconvénients.

On connaît de l'état de la technique le document US2013/0341841 qui propose un distributeur renforcé pour une lance de posti-combustion.

L'anneau de distribution renforcé selon ce document doit être agencé pour permettre le passage d'oxygène secondaire ainsi que le passage du fluide de refroidissement dans son cheminement aller et dans son cheminement retour.

Bien que le document US2013/0341841 contribue à l'amélioration des distributeurs de post-combustion selon l'art antérieur, il s'avère que de nombreux inconvénients persistent. En effet, le distriouteur de post-combustion selon ce document s'intègre à la lance de post- combustion tel un tronçon, c'est-à-dire en remplacement de toute une section de la lance de post-combustion et qui doit être raccordé en de nombreux points en tenant compte des flux de refroidissement aller, du flux de refroidissement retour ainsi que du flux d'oxygène secondaire.

Comme expliqué précédemment, les distributeurs de post- combustion de ce type sont d'une part très imposants, complexes à réaliser et leur imbrication dans la lance est tout sauf aisée et d'autre part il s'agit d'un consommable coûteux à remplacer.

En outre, Un inconvénient persistant est lié aux pertes de charge du fluide de refroidissement, c'est-à-dire qu'à chaque obstacle, ouverture, virage, arête en saillie à cause d'une soudure non exacte entre la lance et le distributeur, le fluide de refroidissement va subir une déviation dans sa trajectoire, un accident de forme qui entraîne obligatoirement des pertes de charge du flux de refroidissement, ce qui est le plus gros problème des aciéristes actuels et qui est à éviter.

L'objet de la présente invention est de fournir un distriouteur de post-combustion dont la conception est simplifiée et par conséquent moins coûteuse, dans lequel la circulation du fluide de refroidissement est optimisée afin de fournir un refroidissement du distributeur amélioré tout en évitant les accidents de forme et les pertes de charge indésirables, et dans lequel la résistance mécanique aux inconvénients de manipulation est améliorée.

Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention un distributeur de post-combustion agencé pour être emmanché sur une lance de post- 5 combustion tel que décrit précédemment et comprenant: - Un répartiteur fluidique comportant :

o UN manchon annulaire de renforcement qui est agencé à l'intérieur de l'anneau de distribution de manière à le supporter, et qui est traversé d'une série d'orifices de passage d'oxygène disposés en communication avec lesdites ouvertures périphériques de l'anneau de distribution, et o Un tronçon de tube distal et un tronçon de tube proximal agencés de manière fixe de part et d'autre du manchon annulaire de renforcement,

o le tronçon de tube distal étant muni en saillie vers l'extérieur d'une première série d'entretoises longitudinales de répartissement qui supportent le tube externe avant de manière à former entre lui et le tronçon de tube distal des premiers espaces longitudinaux de passage pour ledit fluide de refroidissement qui sont en communication avec les passages de l'anneau de distribution, ces premiers espaces longitudinaux de passage étant agencés pour entraîner un guidage et une accélération de vitesse de passage du fluide de refroidissement en direction de l'anneau de distribution,

o le tronçon de tube proximal étant muni en saillie vers l'extérieur d'une deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement qui supportent le tube externe arrière de manière à former entre lui et le tronçon de tube proximal des deuxièmes espaces longitudinaux de passage pour ledit fluide de refroidissement qui sont en communication avec les passages de l'anneau de distribution, ces deuxièmes espaces longitudinaux de passage étant agencés pour entraîner un guidage et un ralentissement de vitesse de passage du fluide de refroidissement en direction opposée à l'anneau de distribution.

Les caractéristiques du distributeur de post-combustion selon l'invention présentent l'avantage de fournir un distributeur de post- combustion agencé pour être emmanché sur une lance de post- combustion, fournissant ainsi un distributeur de post-combustion qui est de conception simplifiée. En effet, le distributeur de post-combustion selon l'invention est une enveloppe externe et est par conséquent moins coûteux en fabrication.

Le distributeur de post-combustion comprenant le répartiteur fluidique selon la présente invention présente l'avantage d'organiser le flux retour du liquide de refroidissement de manière optimisée en lui conférant vitesse et localisation voulues. En effet, le flux retour du fluide de refroidissement est, grâce à la conception du répartiteur fluidique selon l'invention, organisé dans son cheminement. Entre le tube externe avant et le tronçon de tube distal qui, avec l'anneau de distribution, est la zone la plus chaude de la lance à refroidir impérativement, le passage des flux de refroidissement retour sont accélérés, puis ils passent au travers des passages de l'anneau de distribution, avec une vitesse élevée, prévus à cet effet, et ce sans rencontrer d'obstacles ou d'arêtes qui pourraient entraîner des pertes de charge et enfin passent entre le tube externe arrière et le tronçon de tube proximal de manière ralentie Selon la présente invention et de manière particulièrement avantageuse, la première série d'entretoises longitudinales de répartissement du tronçon de tube distal et la deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement du tronçon de tube proximal permettent premièrement de répartir, guider des flux du fluide de refroidissement, respectivement dans les premiers et les deuxièmes espaces longitudinaux de passage, et ce de manière optimisée afin de considérablement réduire les possibilités de pertes de charge, et deuxièmement de participer à l'accélération de la vitesse de passage du fluide de refroidissement en direction de l'anneau de distribution afin que la zone la plus chaude soit refroidie de manière optimale puis de conduire, guider et ralentir la vitesse de passage du fluide de refroidissement après le passage de l'anneau de distribution afin d'assurer un retour dans le circuit classique de la lance de post-combustion sans perturbations, cela permettant avantageusement d'augmenter la durée de vie du distriouteur de post-combustion et de limiter les phénomènes de perte de charge. En outre, les entretoises, en supportant respectivement le tube externe avant et le tube externe arrière, permettent avantageusement d'apporter une résistance mécanique et un bridage du retrait radial desdits tubes externes afin de renforcer le distriouteur de post-combustion selon l'invention et d'augmenter également sa durée de vie mécanique.

De manière particulièrement avantageuse, le répartiteur fluidique selon l'invention permet donc de fournir un distributeur de post- combustion renforcé destiné à être emmanché sur une lance de post- combustion afin de pallier les inconvénients mécaniques et économiques, et dont le flux de liquide de refroidissement est optimisé en terme de vitesse et de localisation afin d'assurer un bon refroidissement des zones les plus intensément sollicitées tout en limitant les obstacles et les pertes de charge, élément critique au niveau des installations de l'aciériste.

La première série d'entretoises de répartissement du distributeur de post-combustion selon l'invention permettent d'organiser une Transition progressive entre un espace de passage de fluide axisymétrique et Un réseau de cavités circonférentielles distinctes au sein de l'anneau de distribution.

La deuxième série d'entretoises de répartissement du distriouteur de post-combustion selon l'invention permettent d'établir une transition progressive d'un espace de passage de fluide comprenant un réseau de cavités circonférentielles distinctes au sein de l'anneau de distribution vers un espace axisymétrique en amont de l'anneau.

Les revendications dépendantes se réfèrent à d'autres réalisations avantageuses.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, chaque entretoise de ladite première série d'entretoises présente une première extrémité liée à l'anneau de distribution et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, chaque entretoise présentant Une épaisseur qui augmente à partir de ladite deuxième extrémité libre vers ladite première extrémité liée.

Cela présente l'avantage d'entraîner une transition progressive de la direction du fluide de refroidissement de la section de passage axisymétrique (premiers espaces longitudinaux de passage) vers les passages circonférentiellement distincts (passages) de l'anneau de distribution, évitant ainsi un contournement des arêtes d'entrée des passages de l'anneau de distribution et donc évitant les pertes de charge qui y auraient été associées. En outre, cela présente l'avantage d'entraîner un rétrécissement circonférentiel des premiers espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement localisés entre le tronçon de tube distal et le tube externe avant. Ce rétrécissement circonférentiel entraîne une accélération de la vitesse de passage du fluide de refroidissement et améliore donc le refroidissement et la durée de vie du distributeur de post-combustion selon l'invention.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, les passages pour le fluide de refroidissement sont, dans l'anneau de distribution, agencés périphériquement à distance l'un de l'autre, ladite première extrémité de chaque entretoise de la première série d'entretoises, qui est liée à l'anneau de distribution, présentant une épaisseur égale à la distance entre deux passages voisins de celui-ci et ladite deuxième extrémité libre présentant une forme d'arête.

Cela présente l'avantage de considérablement limiter les pertes de charge du liquide de refroidissement.

En effet, la deuxième extrémité liore des entretoises de la première série, en présentant une forme d'arête permet de réduire la surface de contact en butée de laquelle le liquide de refroidissement traverse.

Aussi, Ia première extrémité liée des entretoises de la première série, en présentant une épaisseur égale à la distance entre deux passages voisins, permet de manière particulièrement avantageuse de fournir au flux de liquide de refroidissement Une circulation fluide, en évitant les obstacles et les virages de telle manière que les pertes de charge sont évitées.

Enfin, les entretoises de la première série d'entretoises en présentant cette forme entre l'extrémité libre et l'extrémité liée provoque à nouveau un rétrécissement des espaces longitudinaux en direction de l'anneau de distribution, ce qui permet d'augmenter la vitesse de circulation du fluide de refroidissement.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, le tronçon de tube distal présente une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement et une deuxième extrémité liore opposée à ladite première extrémité liée, ledit tronçon de tube distal présentant une épaisseur qui augmente à partir de ladite deuxième extrémité libre vers ladite première extrémité liée.

Cela présente l'avantage d'entraîner un rétrécissement radial des premiers espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement localisés entre le tronçon de tube distal et le tube externe avant. Ce rétrécissement radial entraîne une accélération de la vitesse de passage du fluide de refroidissement et améliore donc le refroidissement et Ia durée de vie du distributeur de post-combustion selon l'invention. Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, chaque entretoise de ladite deuxième série d'entretoises de répartissement présente une première extrémité liée à l'anneau de distribution et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, chaque entretoise présentant une épaisseur qui diminue à partir de ladite première extrémité liée vers ladite deuxième extrémité libre.

Cela présente l'avantage d'entraîner une transition progressive de la direction du fluide de refroidissement issus des passages circonférentiellement distincts de (passages) l'anneau de distribution vers la section de passage axisymétrique (deuxièmes espaces longitudinaux de passage), évitant ainsi un contournement des arêtes de sortie des passages de l'anneau de distribution et donc évitant les pertes de charge qui y auraient été associées. En outre, cela présente l'avantage d'entraîner un élargissement circonférentiel des deuxièmes espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement localisés entre le tronçon de tube proximal et le tube externe arrière. Cet élargissement circonférentiel entraîne un ralentissement de la vitesse de passage du fluide de refroidissement permettant ainsi un retour dans le circuit classique de la lance de post-combustion sans perturbations, limitant le phénomène de perte de charge et améliorant ainsi la durée de vie du distributeur de post-combustion selon l'invention.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, les passages pour le fluide de refroidissement sont, dans l'anneau de distribution, agencés périphériquement à distance l'un de l'autre, ladite première extrémité de chaque entretoise de la deuxième série d'entretoises, qui est liée à l'anneau de distribution, présentant une épaisseur égale à la distance entre deux passages voisins de celui-ci et ladite deuxième extrémité libre présentant une forme d'arête.

Cela présente l'avantage de considérablement limiter les pertes de charge du liquide de refroidissement. En effet, à cette localisation la direction de circulation du fluide de refroidissement est de l'anneau de distribution vers les deuxièmes espaces longitudinaux de passage, le fluide de refroidissement va donc rencontrer dans sa circulation les entretoises de la deuxième série d'entretoises. Ces entretoises en présentant une extrémité liée à l'anneau de distribution d'épaisseur égale à la distance entre deux passages voisins de celui-ci permet avantageusement de fournir au flux du fluide de refroidissement un passage fluide, sans obstacles ni cavités et donc limitant les pertes de charge. En outre, les entretoises de la deuxième série d'entretoise en présentant cette forme entre l'extrémité liée et l'extrémité libre en forme d'arête permet Un élargissement circonférentiel des deuxièmes espaces longitudinaux de passage, ce qui entraîne un ralentissement de la vitesse de passage du fluide de refroidissement permettant ainsi un retour dans le circuit classique de la lance de post-combustion sans perturbations, limitant également le phénomène de perte de charge et améliorant ainsi la durée de vie du distributeur de post-combustion selon l'invention.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, le tronçon de tube proximal présente une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, ledit deuxième tronçon de tube proximal présentant une épaisseur qui diminue à partir de ladite première extrémité liée vers ladite deuxième extrémité libre.

Cela présente l'avantage d'entraîner un élargissement radial des deuxièmes espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement localisés entre le tronçon de tube proximal et le tube externe arrière. Cet élargissement radial entraîne Un ralentissement de la vitesse de passage du fluide de refroidissement permettant Un retour dans le circuit classique de la lance de post-combustion sans perturbations, limitant également le phénomène de perte de charge et améliorant ainsi la durée de vie globale du distributeur de post-combustion selon l'invention.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, chaque entretoise de ladite première série d'entretoises est fixée solidairement à une paroi externe dudit tronçon de tube distal.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, chaque entretoise de ladite deuxième série d'entretoises est fixée solidairement à une paroi externe dudit tronçon de tube proximal.

Les deux modes de réalisation précédemment mentionnés du distributeur de post-combustion selon l'invention, présentent l'avantage d'apporter une résistance mécanique supplémentaire afin de rigidifier et renforcer le distributeur de post-combustion selon l'invention et d'augmenter également sa durée de vie.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, l'anneau de distribution et/ou le tube externe avant est/sont faits d'un matériau à haute conductivité thermique, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre.

Cela présente l'avantage d'améliorer le transfert d'énergie thermigue du distributeur de post-combustion vers le fluide de refroidissement permettant ainsi l'augmentation de sa durée de vie.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, le répartiteur fluidique comprend au moins un joint torique localisé entre le manchon annulaire de renforcement et l'anneau de distribution et agencé pour assurer l'étanchéité dudit passage du flux d'oxygène.

Dans un mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, le tube externe avant est prolongé à l'opposé de l'anneau de distribution par un élément tubulaire avant réalisé en un matériau à haute résistance mécanique, de préférence en acier, cet élément tubulaire avant étant au moins partiellement supporté par ladite première série d'entretoises, et dans lequel le tube externe arrière est réalisé en un matériau mécaniquement résistant, en particulier en acier.

Dans une variante du distributeur de post-combustion selon l'invention, les entretoises de la première série d'entretoises peuvent être liées, solidairement, par un procédé approprié, au tube externe avant et éventuellement au élément tubulaire avant et/ou les entretoises de la deuxième série d'entretoises peuvent être liées, solidairement, par un procédé approprié, au tube externe arrière.

Cela permettant avantageusement d'apporter un renforcement mécanique supplémentaire.

Dans une variante du distributeur de post-combustion selon l'invention, au moins une entretoise de la première ou de la deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement peut être remplacée par un arrondi de matière de la distance entre deux passages voisins de celui-ci. Avantageusement, les passages pour le fluide de refroidissement voisins de l'arondi de matière peuvent comprendre des bords arrondis.

Dans une autre variante du distributeur de post-combustion selon l'invention, au moins une entretoise de la première ou de la deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement peut être remplacée par un déflecteur d'extension circonférentielle, de préférence égale, à la distance entre deux passages voisins de celui-ci, de préférence le déflecteur peut être profilé.

Dans une autre variante du distributeur de post-combustion selon l'invention les entretoises de la première ou de la deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement peuvent être en nombre égal auxdits espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement ou en nombre non égaux auxdits espaces longitudinaux de passage pour le fluide de refroidissement.

Dans une autre variante du distributeur de post-combustion selon l'invention, le tronçon de tube proximal et/ou le tronçon de tube distal peuvent être de forme conique ou de forme non conique ou encore de toute forme appropriée.

L'ensemble formé du tronçon de tube proximal, du manchon annulaire de renforcement et du tronçon de tube distal est formé dans un matériau mécaniquement résistant, en particulier en acier.

Dans une autre variante du distributeur de post-combustion selon l'invention, les entretoises de la première série d'entretoises de répartissement ou de la deuxième série d'entretoises de répartissement peuvent être agencées circonférentiellement de façon quelconque.

Une autre variante se rapporte également à une lance de post-combustion munie d'un distributeur de post-combustion selon l'invention.

Avantageusement, le manchon de renforcement interne du distributeur de post-combustion selon l'invention permet de servir d'isolant thermique entre l'anneau de distribution et la lance de post-combustion.

En effet, il permet de réaliser un écran thermique entre le matériau du distriouteur, de préférence en cuivre ou alliage de cuivre, et la lance de post-combustion, éventuellement munie de joint torique. Cela permettant de réaliser d'une part un écran thermique, d'autre part une étanchéité renforcée au moyen du ou des joints toriques afin d'améliorer Ia résistance mécanique.

D'autres formes de réalisation du distributeur de post- combustion suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins.

La figure 1 représente une vue frontale de l'extrémité distale du distributeur de post-combustion selon l'invention illustré sur la figure 2.

La figure 2 représente Une vue en coupe du distriouteur de post-combustion de la présente invention suivant la ligne Il-Il de la figure

1.

La figure 3 représente une vue en perspective du distributeur de post-combustion selon les figures 1 et 2.

La figure 4 représente une vue en perspective du distributeur de post-combustion selon les figures précédentes dans lequel le tube externe avant 8 et le tube externe distal 9 ont été retirés.

La figure 5 représente une vue en perspective du distributeur de post-combustion selon les figures précédentes dans lequel le tube externe arrière 6 a été retiré.

La figure 6 représente Une vue en coupe du distriouteur de post-combustion selon la figure 2 à l'état emmanché sur une lance de posti-combustion.

La figure 7 représente une vue en perspective du tronçon de tube distal du distributeur de post-combustion selon un autre mode de réalisation.

Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.

Le distributeur de post-combustion illustré sur les figures comprend un anneau de distribution 7 pourvu de passages 12 pour un fluide de refroidissement. Ces passages 12 sont disposés parallèlement l'un à l'autre et coaxialement à l'anneau de distribution 7. L'anneau de distribution 7 présente également des ouvertures périphériques 11 permettant l'injection à l'extérieur de flux d'oxygène secondaire permettant de générer une enveloppe protectrice contre les scories et/ou permettant de fournir, au moyen de la combustion secondaire, une source de chaleur renvoyée au bain métallique et entrant en jeu dans le procédé de coulée.

Le distributeur de post-combustion illustré comprend également un tube externe avant 8, élément tubulaire avant 9 et un tube externe arrière 6, tous trois fixés de part et d'autre de l'anneau de distribution 7, ces quatre éléments formant alors l'enveloppe externe du distributeur de post-combustion.

Comme il ressort des figures 2, 3, 4, 5 et 6, le distributeur de post-combustion illustré comprend un répartiteur fluidique, ce dernier comprenant un manchon annulaire de renforcement 2, un tronçon de tube distal 3, UN tronçon de tube proximal 1, ces deux derniers tronçons étant fixés de part et d'autre du manchon annulaire de renforcement 2.. Plus particulièrement le manchon annulaire de renforcement 2 est positionné à l'intérieur de l'anneau de distribution 7. Le manchon annulaire de renforcement 2 comprend également une série d'orifices de passage d'oxygène 14 qui sont en communication avec les ouvertures périphériques 11 de l'anneau de distribution 7. Le tronçon de tube distal 3 du répartiteur fluidique du distributeur de post-combustion est muni en saillie vers l'extérieur, de préférence fixées de manière solidaire, d'une première série d'entretoises longitudinales de répartissement 5 qui supportent le tube externe avant 8 et au moins une partie de l'élément tubulaire avant 9 et qui permettent de former, avec le tube externe avant 8 et le tronçon de tube distal 3, des premiers espaces longitudinaux de passage 15 qui sont en communication avec les passages 12 de l'anneau de distribution 7 et qui permettent un passage du fluide de refroidissement suivant un cheminement retour depuis le nez de lance vers le distributeur de post-

combustion

Les entretoises de la première série d'entretoises 5 telles qu'illustrées, présentent une première extrémité liée à l'anneau de distribution 7 et une deuxième extrémité libre opposée à la première extrémité liée.

Avantageusement, l'épaisseur de ces entretoises 5 augmente à partir de la deuxième extrémité libre vers la première extrémité liée.

Dans l'exemple illustré, la première extrémité des entretoises 5 qui est liée à l'anneau de distribution 7 présente une épaisseur qui est égale à la distance entre deux passages 12 voisins.

En effet, les passages 12 du fluide de refroidissement dans l'anneau de distribution 7 sont agencés périphériquement à distance l'un de l'autre.

Une distance sépare donc deux passages 12 voisins et cette distance est d'épaisseur égale à l'épaisseur de l'extrémité liée de l'entretoise 5. A leur deuxième extrémité libre, les entretoises 5 de la première série d'entretoises présentent Une forme d'arête permettant d'éviter les pertes de charge du fluide de refroidissement.

Le tronçon de tube proximal 1 du répartiteur fluidique du distributeur de post-combustion est muni en saillie vers l'extérieur, de préférence fixées de manière solidaire, d'une deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement 4 qui supportent le tube externe arrière 6, auquel elles peuvent éventuellement être liées solidairement, et qui permettent de former, avec le tube externe arrière 6 et le tronçon de tube proximal 1, des deuxièmes espaces longitudinaux de passage 16 qui sont en communication avec les passages 12 de l'anneau de distribution 7 et qui permettent un passage du fluide de refroidissement suivant un cheminement retour depuis le distributeur de post-combustion vers l'extrémité proximale de la lance de post- combustion.

Les entretoises de la deuxième série d'entretoises 4 telles qu'illustrées présentent une première extrémité liée à l'anneau de distribution 7 et une deuxième extrémité libre opposée à la première extrémité liée. Avantageusement, l'épaisseur de ces entretoises 4 diminue à partir de la première extrémité liée vers la deuxième extrémité libre, et la première extrémité des entretoises 4 qui est liée à l'anneau de distribution 7 présente une épaisseur qui est égale à la distance entre deux passages 12 voisins. En effet, les passages 12 du fluide de refroidissement dans l'anneau de distribution 7 sont agencés périphériquement à distance l'un de l’autre. Une distance sépare donc deux passages 12 voisins et cette distance est d'épaisseur égale à l'épaisseur de l'extrémité liée de chaque entretoise 4. A leur deuxième extrémité libre, les entretoises 4 de la deuxième série d'entretoises présentent une forme d'arête permettant Un cheminement fluide sans perturbations du fluide de refroidissement dans le circuit de la lance de post-combustion.

De manière particulièrement avantageuse, le distributeur de post-combustion selon l'invention tel qu'illustré comprend un tronçon de tube distal 3 qui possède une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement 2 et une deuxième extrémité libre opposée à la première extrémité liée. Le tronçon de tube distal 3 présente également une épaisseur qui augmente à partir de la deuxième extrémité libre vers la première extrémité liée.

Le tronçon de tube proximal 1 possède une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement 2 et une deuxième extrémité libre opposée à la première extrémité liée. Le tronçon de tube proximal 1 quant à lui présente une épaisseur qui augmente à partir de la deuxième extrémité libre vers la première extrémité liée, autrement dit qui diminue à partir de la première extrémité liée vers la deuxième extrémité libre.

La conception du distributeur de post-combustion selon l'invention permet de fournir un rétrécissement radial et circonférentiel des premiers espaces longitudinaux de passage 15 du fluide de refroidissement entraînant ainsi une augmentation de la vitesse de passage du flux de refroidissement avant l'anneau de distribution 7, avec en corollaire une augmentation des échanges thermiques avec le tube externe avant 8 et le deuxième tube externe avant 9, permettant avantageusement d'augmenter la durée de vie du distributeur de post- combustion tout en évitant les pertes de charges indésirables.

La conception du distributeur de post-combustion selon l'invention permet également de fournir un élargissement radial et circonférentiel des deuxièmes espaces longitudinaux de passage 16 du fluide de refroidissement entraînant ainsi une diminution de la vitesse de passage du flux de refroidissement après l'anneau de distribution 7, avec en corollaire un retour du fluide de refroidissement dans le circuit d'eau de la lance de post-combustion sans perturbations et ainsi une limitation des phénomènes de pertes de charge.

Dans l'exemple illustré, l'anneau de distribution 7 et le tube externe avant 8 sont réalisés en un matériau hautement conducteur de chaleur, comme du cuivre ou un alliage de cuivre, de manière à permettre un excellent échange de chaleur avec le fluide de refroidissement, qui est avantageusement de l'eau.

Suivant un exemple avantageux de réalisation de l'invention, le distributeur de post-combustion peut, comme illustré dans l'exemple des figures, présenter un élément tubulaire avant 9 qui prolonge le tube externe avant 8 à l'opposé de l'anneau de distribution 7 et qui est réalisé en un matériau à haute résistance mécanique, de préférence en acier, cet élément tubulaire avant étant au moins partiellement supporté par ladite première série d'entretoises 5. Le tube externe arrière 6 est avantageusement réalisé lui aussi en un matériau mécaniquement résistant, en particulier en acier, et est au moins partiellement supporté par ladite deuxième série d'entretoises 4.

De cette manière le répartiteur fluidique suivant l'invention, en plus de répartir d'une manière particulièrement performante les flux de fluide refroidissement, supporte de manière renforcée les parties hautement conductrices, fragiles, du distributeur par des éléments en acier eux- mêmes emmanchables sur la lance de post-combustion, ce qui a pour effet de minimiser les tendances à une déformation du distributeur pendant sa mise en œuvre.

Comme cela est illustré en figure 6, le distributeur de post- combustion est emmanché sur une lance de post-combustion qui est représentée en traits interrompus à l'exception de son nez 20 représenté entraits pleins de manière brisée. Dans cette représentation le distriouteur de post-combustion est collé au nez de lance 20 afin de fournir une combustion secondaire au bain métallique. || est bien évidemment entendu que la distance séparant le nez de lance 20 du distributeur de post-combustion peut considérablement varier, par exemple 0,5m ; 1m; 1,5m ; 2m ; 2,5M ; 3m ; 3,5M ; 4m etc.

De manière particulièrement avantageuse, le distributeur de post-combustion selon l'invention est emmanché sur une lance de post- combustion à 4 flux. Celle-ci est parcourue à l'intérieur du tube central 21 parun flux d'oxygène primaire F1 qui débouche à l'extérieur par des trous frontaux prévus dans le nez 20 de la lance. Dans l'espace annulaire formé entre le tube central 21 et un premier tube intermédiaire 22 passe Un flux aller de liquide de refroidissement F2. L'espace annulaire formé entre le premier tube intermédiaire 22 et le tronçon de tube proximal 1 et une partie de l'anneau de distribution 7 du distributeur de post-combustion est parcouru par un flux d'oxygène secondaire F3. Celui-ci pénètre dans l'anneau de distribution 7 par une série d'orifices de passage d'oxygène 14 du manchon annulaire de renforcement disposés en communication avec les ouvertures périphériques 11 de cet anneau, d'où il débouche à l'extérieur. Comme décrit précédemment le flux retour du fluide de refroidissement F4 passe entre le répartiteur fluidique et les éléments externes du distributeur.

Le distributeur de post-combustion selon l'invention est particulièrement avantageux dans sa conception, car il vient s'emmancher directement sur une lance de post-combustion à 4 flux. Le manchon annulaire de renforcement 2 et le tronçon de tube distal 3 sont glissés sur la surface même de la paroi externe de la lance, en permettant le passage du flux d'oxygène secondaire F3. Le passage du flux d'oxygène secondaire F3 dans le distributeur de post-combustion selon l'invention est rendu possible par le fait que le manchon annulaire de renforcement 2 comprend une série d'orifices de passage d'oxygène 14 qui sont eux-mêmes en communication avec les ouvertures périphériques 11 de l'anneau de distribution 7, permettant ainsi l'injection à l'extérieur de flux d'oxygène secondaire.

Le distributeur de post-combustion selon l'invention doit seulement assurer le passage du flux de refroidissement retour par les premiers espaces longitudinaux de passage 15 du fluide de refroidissement apportant une augmentation de la vitesse de passage du fluide, une circulation optimisée en évitant les pertes de charge vers les passages 12 de l'anneau de distribution 7, puis par les deuxièmes espaces longitudinaux de passage 16 du fluide de refroidissement qui eux apportent une diminution de la vitesse de passage du fluide et une circulation optimisée permettant un retour dans la lance de post- combustion en évitant les perturbations et les pertes de charge.

Dans l'exemple illustré en figure 7, le tronçon de tube distal 3 du répartiteur fluidique du distributeur de post-combustion est muni en saillie vers l'extérieur, de préférence fixées de manière solidaire, d'une première série d'entretoises longitudinales de répartissement 5, par exemple présentant deux extrémités libres. Par rapport aux figures précédentes, et selon ce mode de réalisation du distributeur de post- combustion selon l'invention, au moins une entretoise de la série d'entretoises 5 a été remplacée par un déflecteur 24 d'extension circonférentielle de la distance entre deux passages voisins de celui-ci ; au moins une entretoise de la série d'entretoise 5 a été remplacée par un arrondi 25 de matière de la distance entre deux passages voisins de celui- ci.

Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées

Claims (13)

« REVENDICATIONS »

1. Distributeur de post-combustion agencé pour être emmanché sur une lance de post-combustion, comprenant : - un anneau de distribution (7) qui est pourvu de passages (12) pour un fluide de refroidissement, disposés parallèlement l'un à l'autre et coaxialement à l'anneau de distribution (7), et qui présente des ouvertures périphériques (11) pour l'injection à l'extérieur de flux d'oxygène, et - un tube externe avant (8) et un tube externe arrière (6) agencés de manière fixe de part et d'autre de l'anneau de distribution (7), caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - Un répartiteur fluidique comportant : o UN manchon annulaire de renforcement (2) qui est agencé à l'intérieur de l'anneau de distribution (7) de manière à le supporter, et qui est traversé d'une série d'orifices de passage d'oxygène (14) disposés en communication avec lesdites ouvertures périphériques (11) de l'anneau de distribution, et o Un tronçon de tube distal (3) et un tronçon de tube proximal (1) agencés de manière fixe de part et d'autre du manchon annulaire de renforcement (2), o le tronçon de tube distal (3) étant muni en saillie vers l'extérieur d'une première série d'entretoises longitudinales de répartissement (5) qui supportent le tube externe avant (8) de manière à former entre lui et le tronçon de tube distal (3) des premiers espaces longitudinaux de passage (15) pour ledit fluide de refroidissement qui soni en communication avec les passages (12) de l'anneau de distribution, ces premiers espaces longitudinaux de passage (15) étant agencés pour entraîner un guidage et une accélération de vitesse de passage du fluide de refroidissement en direction de l'anneau de distribution, o le tronçon de tube proximal (1) étant muni en saillie vers l'extérieur d'une deuxième série d'entretoises longitudinales de répartissement (4) qui supportent le tube externe arrière (6) de manière à former entre lui et le tronçon de tube proximal (1) des deuxièmes espaces longitudinaux de passage (16) pour ledit fluide de refroidissement qui sont en communication avec les passages (12) de l'anneau de distribution, ces deuxièmes espaces longitudinaux de passage (16) étant agencés pour entraîner un guidage et un ralentissement de vitesse de passage du fluide de refroidissement en direction opposée à l'anneau de distribution.

2. Distributeur de post-combustion selon la revendication 1, dans lequel chaque entretoise de ladite première série d'entretoises (5) présente une première extrémité liée à l'anneau de distribution (7) et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, chaque entretoise présentant une épaisseur qui augmente à partir de ladite deuxième extrémité libre vers ladite première extrémité liée.

3. Distributeur de post-combustion selon la revendication 2, dans lequel les passages (12) pour le fluide de refroidissement sont, dans l'anneau de distribution (7), agencés périphériquement à distance l’un del'autre, ladite première extrémité de chaque entretoise de la première série d'entretoises, qui est liée à l'anneau de distribution (7), présentant une épaisseur égale à la distance entre deux passages (12) voisins de celui-ci et ladite deuxième extrémité libre présentant une forme d'arête.

4. Distributeur de post-combustion selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le tronçon de tube distal (3) présente une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement (2) et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, ledit tronçon de tube distal (3) présentant une épaisseur qui augmente à partir de ladite deuxième extrémité libre vers ladite première extrémité liée.

5. Distributeur de post-combustion selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque entretoise de ladite deuxième série d'entretoises de répartissement (4) présente une première extrémité liée à l'anneau de distribution (7) et une deuxième extrémité libre opposée à ladite première extrémité liée, chaque entretoise présentant une épaisseur qui diminue à partir de ladite première extrémité liée vers ladite deuxième extrémité libre.

6. Distributeur de post-combustion selon la revendication 5, dans lequel les passages (12) pour le fluide de refroidissement sont, dans l'anneau de distribution (7), agencés périphériquement à distance l'un de l'autre, ladite première extrémité de chaque entretoise de la deuxième série d'entretoises, qui est liée à l'anneau de distrioution (7), présentant une épaisseur égale à la distance entre deux passages (12) voisins de celui-ci et ladite deuxième extrémité libre présentant une forme d'arête.

7. Distributeur de post-combustion selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le tronçon de tube proximal (1) présente une première extrémité liée au manchon annulaire de renforcement (2) et une deuxième extrémité liore opposée à ladite première extrémité liée, ledit deuxième tronçon de tube proximal (1) présentant une épaisseur qui diminue à partir de ladite première extrémité liée vers ladite deuxième extrémité libre.

8. Distributeur de post-combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque entretoise de ladite première série d'entretoises (5) est fixée solidairement à une paroi externe dudit tronçon de tube distal (3).

9. Distributeur de post-combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque entretoise de ladite deuxième série d'entretoises (4) est fixée solidairement à une paroi externe dudit tronçon de tube proximal (1).

10. Distributeur de post-combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'anneau de distribution (7) et/ou le tube externe avant (8) est/sont faits d'un matériau à haute conductivité thermique, de préférence en cuivre ou alliage de cuivre.

11. Distributeur de post-combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le répartiteur fluidique comprend au moins Un joint torique localisé entre le manchon annulaire de renforcement (2) et l'anneau de distribution (7) et agencé pour assurer l'étanchéité dudit passage du flux d'oxygène.

12. Distributeur de post-combustion selon la revendication 10, dans lequel le tube externe avant (8) est prolongé à l'opposé de l'anneau de distribution (7) par un élément tubulaire avant (9) réalisé en un matériau à haute résistance mécanique, de préférence en acier, cet élément tubulaire avant étant au moins partiellement supporté par ladite première série d'entretoises (5), et dans lequel le tube externe arrière (6) est réalisé en un matériau mécaniquement résistant, en particulier en acier.

13. Lance de post-combustion munie d'un distributeur de post-combustion suivant l'une quelconque des revendications précédentes.