<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention a trait à des lances à poudre et plus particulièrement à une méthode et à un appareil pour couper ou percer des matériaux réfractaires,
Dans industrie de l'acier, le bon entretien des haut-fourneaux, fours à recuit, foursMartin et fours pits dépend de la possibilité de retirer les parties endommagées qui affectent de manière préjudiciable la marche des' fours. Ces opérations d'entretien exigent le perçage et.le découpage de laitiers résis- i tant à l'oxydation, de réfractaires, de tuyères de cuivre, de plaques de refroidissement en bronze et des chemises de refroi- dissement des orifices de coulée des laitiers. D'autres matériaux difficiles à couper sont les aciers inoxydables, le béton et la brique, ainsi que les loups adhérant aux,réfractaires.
Précédemment les seuls outils dont on disposait pour
<Desc/Clms Page number 2>
ce genre de travail étaient les marteaux pneumatiques, les mar- teaux piqueurs et la lance à oxygène classique. La lance à oxygène était inefficace pour pénétrer les alliages de cuivre et les ré- fractaires si bien que la plus grande partie du travail devait être faite par des opérations mécaniques coûteuses et longues.
Le chalumeau oxyacétylénique n'était pas adapté pour des opérations de perçage profond, car la buse n'avait que quelques pouces de longueur et ne permettait pas une réaction profonde à l'intérieur de la pièce. De plus, quand la profondeur du trou augmente, les parois du trou confinent les gaz qui brûlent haute température et les refoulent vers la buse; il en résulte souvent que l'on brûle la buse de cuivre du chalumeau, outil de précision coûteux.
La lance à oxygène classique comportait une grande longueur d'un tuyau de petit diamètre amenant l'oxygène vers la pièce à travailler. Au fur et à mesure que se faisait la réaction de coupage, le tuyau de fer était brûle et la chaleur exothermique de la réaction de coupage aidait l'opération. Le tuyau suivait la réaction à l'intérieur du trou à la vitesse approximative de con- sommation, si bien que les gaz brûlés refoulés accroissaient de façon certaine la vitesse de coupe. L'extension de la lance l'intérieur du trou et la vitesse de consommation rendaient néces- saires de grandes longueurs de tuyau, pour diminuer les temps morts nécessaires au remplacement du tuyau.
La lancf- à oxygène classique ne pouvait cependant pas être utilisée avec efficacité pour couper les matériaux réfractaires, en particulier les aciers inoxydables du type 18 % Cr - 8 % Ni, car il n'y avait pas assez de combustible sous forme de fer pour fournir la chaleur supplémentaire et le flux qui étaient nécessaireso
Dans le but de permettre à la lance à oxygène de
<Desc/Clms Page number 3>
couper des matériaux réfractaires, il a été proposé de mettre en suspension dans le courant d'oxygène de la lance une poudre adjuvante, de préférence un mélange de poudres de fer etd'alu- sinium.
Pour ce faire, on a utilisé la séquence classique de manoeuvres du chalumeau à poudre, en ouvrant le débit de poudre vivant celui d'oxygène et en arrêtant le débit d'oxygène avant d'arrêter le courant de poudrée Ce processus, approprié pour une buse de chalumeau de quelques pouces de longueur ne donnait pas satisfaction avec un tuyau de lance allant jusqu'à 19 mètres de long. On croyait qu'il n'était pas possible d'utiliser des lon- gueurs inférieures à 3 mètres?- puisque 1 Opérateur devait travail- ler trop près de la réaction.
Avec ces grandes longueurs;, le cou- rant de poudre étant maintenu après l'arrêt de l'oxygène, il restait de la poudre tout au long 'du tuyau, si bien que la remise en route était dangereuse à cause des allumages prématurés à l'intérieur du tuyau, donnant lieu à des explosions.
Le principal but de la présente invention est donc d'éditer les allumages prématurés. dans la lance à poudre.
Le procédé suivant la présente invention, pour couper ou percer des pièces en matériaux réfractaires au moyen d'un gaz oxydant et d'une poudre adjuvante combustible admis par un tuyau de métal ferreux, à l'extrémité duquel on enflamme le mélange de poudre et de gaz oxydant en dirigeant la flamme ainsi formée vers l'objet réfractaire, est caractérisé par le fait que l'admission de la poudre adjuvante à l'intérieur. du tuyau commence seulement après que le courant de gaz oxydant ait été établie De préférence, après la fin de l'opération, on arrête le débit de poudre adju- vante avant le débit de gaz oxydant.
L'invention vise également, pour la mise en oeuvre du procédé ainsi définiun appareil comprenant une poignée ayant
<Desc/Clms Page number 4>
à une extrémité un écrou à chapeau pour recevoir un tuyau de métal ferreux et à l'autre un système de robinets pour l'alimen- tation du tuyau en gaz oxydant et en poudre adjuvante. Cet appa- reil est caractérisé par le fait que le système de robinets comprend un mécanisme réglé pour actionner le robinet du gaz oxydant avant celui de la poudre.
La lance à poudre suivant la présente invention a l'avantage sur la lance classique utilisant l'oxygène seul que la vitesse de combustion du tuyau est réduite de plus de 75 % , car la poudre fournit la plus grande part du combustible qui était fourni par la combustion du tuyau. Ceci permet d'effectuer le travail plus rapidement car on perd moins de temps en rempla- çant les tuyaux et ceci permet l'utilisation d'un tuyau plus court, ce qui en fait un outil plus facilement manoeuvrable..
Selon les exigences du travail, la lance à poudre peut être utilisée avec un tuyau de fer noir de 6 à 12 mm environ de diamètre. Une fois que la réaction est démarrée à l'extrémité du tuyau de la lance, elle se continue d'elle-même. Un diamètre de tuyau de 6,4 mm est la dimension généralement préférée.
La vitesse de combustion peut encore être diminuée en utilisant un tuyau d'acier inoxydable dont la consommation varie d' 1/10 à 1/4 de celle du tuyau de fero
Dans les dessins ci-joints : - la figure 1 est la vue de dessus, avec coupes partielles de la lance à poudre conforme à l'invention qui permet d'exécuter une forme préférée de mise en oeuvre du procédé de la présente invention; - la figure 2 est une élévation latérale de @eite même lance, également avec coupes partielles; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ;
- la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1
<Desc/Clms Page number 5>
La lance poudre comprend une poignée H et un tuyau P de métal ferreux tel qu'un tuyau de fer noir ou d'acier inoxy- dable de 6,4 mm de diamètre, ayant une longueur initiale de l'or- dre de 3 à 6'mètres. Le tuyau P est fixé à la poignée H par un écrou à chapeau K .
La poignée H comprend une coquille 10 à l'avant de laquelle est fixé un raccord, L'extrémité intérieure du raccord 12 est fixée à un tube/oxygène 14 relié au bloc de robinets 16 situé à l'arrière de la poignée Ho Le bloc de robinets comprend une vanne à oxygène C qui commande le débit d'oxygène provenant du raccord d'entrée 18 du bloc de robinets 16.
Le raccord 12 à l'avant de la poignée H porte un mamelon 20 sur lequel se visse la bague 22 de l'écrou à chapeau K.
A l'intérieur de la coquille 10 est monté un tube à poudre 24 fixé dans un orifice dans un coude du tube à oxygène 14 de façon à passer concentriquement à l'intérieur du raccord 12, et du man- chon 20, Ce tube à poudre 24 débouche dans la bague 22 de l'écrou à chapeau; la partie arrière du tube a poudre 24 est raccordée au bloc de vannes 16. Ce bloc comprend une vanne à poudre V qui règle le courant de poudre arrivant par le raccord d'entrée 26o Ainsi qu'on le voit sur la figure 3, la vanne à poudre V a une tige 30 ayant une tête 32 engagée dans un logement 34 d'un levier de ma- noeuvre L. Ainsi qu'on le voit sur la figure 4, la vanne à oxygène C a une tige 40 ayant une tête 42 engagée dans un logement 44 du même levier de manoeuvre L.
Le logement 44 pour la tête de la tige de la.vanne oxygène est plus profond que le logement 34, de sorte que, lorsqu'on appuie sur le levier L, la vanne à oxygène C s'ou- vre avant la vanne à poudre V, et que, lorsqu'on relâche le levier L, la vanne à oxygène C se ferme après la vanne à poudre Vo
Pour préparer la lance en vue dune opération, le tuyau P est placé dans l'écrou à chapeau K, l'oxygène est amené
<Desc/Clms Page number 6>
au raccord d'entrée 18 et un courant de gaz chargé d'une pordre combustible est amené au raccord d'entrée 26.
La poudre adjuvant.;: est de préférence en majeure partie composée de fer, la meilleure composition étant un mélange de 70 % de pondre de fer et 30 % de pondre d'aluminium en poids,, bien qu'on utilise fréquemment des mélanges contenant jusque 85 % de fer et 15 % d'aluminium. On pe@ faire varier cette composition peur @'adapter aux cas d'espaces.
L'addition d'aluminium donne une température de flamme plus élevée, un frent de fiâmes plus stable, une plus grande facilité de travail ci des résultats supérieurs. Par meeure de sécurité, la pondre d'aluminium doit contenir moins de 45 % en poids de fines passai:/*. au tamis de 325 mailles (ouvertures: 0,043 mm). La pression de pordre à la poignée de la lance doit être approximativement da 0,35 kg/cm de plus que la pression d'oxygène en ce point.
Pour démarrer l'opération,on abaisse le levier L pour ouvrir le robinet à oxygène Co L'oxygène Tenant du raccord d'entrée 18 passe travers le tube à oxygène 14 dans l'espace annulaire autour du tube. poudre 24, mais à l'intérieur du raccord 12, du manchon 20 et de la bague 22 de l'écrou à chapeau, pour aller de,ns le tuyau Po Cet oxygène initial purge le tuyau de toute pondre res- tant d'une opération précédente.
En abaissant un peu plus.le levier L, on ouvre le robi- net à poudre V. Du gaz chargé de poudre Tenant du raccord d'entrée à poudre 26 passe à travers le tube à poudre 24 pour aller à l'inté- rieur du tuyau Po Le courant annulaire d'oxygène Tenant de la bague 22 de l'écrou à chapeau et le courant central de poudre venant/du tube à poudre 24 se mélangent en passant tout au long du tuyau P vers sa sortie.
Contrairement à la lance à oxygène classique qui doit être Misa. en route en chauffant l'extrémité du tuyau à la tempéra- ture d'inflammation, la lance à poudre conforme à l'invention est
<Desc/Clms Page number 7>
démarrée par simple allumage du mélange oxygène-poudre en le dirigeant sur un morceau de chiffon ou de bois en combustion, Pour avoir de meilleurs résultats, l'extrémité du tuyau de la lance doit être en contact avec le moyen d'allumage.
La flamme qui en résulte est maintenue pour enflammer l'extrémité coupée du tuyau et ce tuyau se consume progressive- ment en servant de combustible supplémentaire pour la flamme.
Un facteur que l'on ne connaissait pas précédemment est que la combustion du tuyau de fer apporte une quantité né- gligeable de chaleur à la réaction. Ceci a été mis en évidence par des essais avec un tuyau de matière se consumant très lente- ment. Dans ces essais, les vitesses de perçage étaient égales à celles obtenues avec le tuyau en fer classique. C'était un résultat inattenduo En commençant un perçage normal, l'extrémité du tuyau de la lance est placée à 5 à 10 cm de la pièce à tra- vailler pour éviter une combustion trop rapide, mais après qu'il s'est formé une cavité d'entrée convenable, le tuyau est appro- ché et finalement il entre et suit la réaction à l'intérieur du trou.
Pour le découpage et le décapage,, la distance de l'extrémité du tuyau à la pièce doit être environ 15 cmo A cette distance, le tuyau cesse de brûler et l'on peut utiliser la lance avec les meilleurs résultats comme un outil qui ne se con- sume pas. Cette caractéristique est avantageuse car on peut ainsi utiliser moins de tuyaux,et un tuyau plus courto
Les vitesses de consommation de la poudre sont de 13p6 à 20.4 kg par heure pour un tuyau de 6,4 mm ; 27,2 à 40,8 kg par heure pour un tuyau de 9,5 mm; et 54,4 à 68,0 kg par heu- re pour un tuyau de 12,7 mm.
<Desc/Clms Page number 8>
Pour une opération normaleon recommande une pres- sion d'oxygène de 4,9 à 6,3 kg/cm2 au raccord d'entrée-du tuyau de 15 mètres et de diamètre 12,7 mmo Les pressions correspon- dantes de la poudre sont de 5,3 a 6,7 kg/cm La pressionla plus élevée est pour les opérations de perçage et découpage, la plus basse pour les opérations de décapage,
La vitesse moyenne de perçage à travers une scorie réfractaire froide ou du béton est de 15 à 30 cm par minute pour des trous d'un diamètre de 32 mm, selon le mélange de poudre employé et de 7p6 cm par minute pour des trous d'un diamètre de 76 mm. On :, pu faire des trous de 15 cm de dia- mètre à des vitesses de 4 cm par minutes