EP0363247B1 - Dispositif pour la mise à poste et le retrait d'une torche à plasma sur un appareil fonctionnant sous pression et température interdisant une intervention directe - Google Patents

Dispositif pour la mise à poste et le retrait d'une torche à plasma sur un appareil fonctionnant sous pression et température interdisant une intervention directe Download PDF

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EP0363247B1
EP0363247B1 EP89402601A EP89402601A EP0363247B1 EP 0363247 B1 EP0363247 B1 EP 0363247B1 EP 89402601 A EP89402601 A EP 89402601A EP 89402601 A EP89402601 A EP 89402601A EP 0363247 B1 EP0363247 B1 EP 0363247B1
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torch
seal
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shutter
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EP89402601A
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Jean Feuillerat
Jean Jouanno
Yves Hervé Guillaume Valy
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Airbus Group SAS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002—Heated electrically (plasma)

Definitions

  • the present invention relates generally to the use of plasma torches on installations, or apparatus operating under conditions of high temperature and pressure prohibiting any direct intervention for the setting or removal of the torch, and it relates more particularly to a device for handling a plasma torch with an arc not transferred to such an apparatus.
  • a method is known, described in French patent application FR-A-2,637,443 relating to a method and device for the placing and removing of a plasma torch on an apparatus operating under pressure and pressure conditions. temperature prohibiting direct intervention.
  • a tight volume capable of varying is produced upstream of a valve closing a connection sleeve for the torch, and the pressure prevailing in this volume is balanced with that prevailing downstream of the valve, before opening this to post the nose of the torch.
  • Document GB-A-2,167,843 also discloses a device of the type defined in the preamble to the main claim in which a circular seal is inserted between the internal wall of the cuff and the nose of the torch which it surrounds , the nose of the torch being downstream of the valve and the fixed seal remaining in the upstream position in the active position of the torch.
  • the object of the present invention is to provide an embodiment of a device of the type described in this document for implementing the method described and represented in document FR-A-2,637,443 and which in particular makes it possible to produce a tight volume in the cuff without the torch nose stumbling on the closed valve.
  • a device for the stationing in the active position of a plasma torch with arc not transferred to a cuff comprising a shut-off valve and connected to a device operating under high pressure and temperature conditions , without modification of these conditions, as well as its withdrawal, and of the type comprising at least one circular seal inserted between the internal wall of the cuff and the nose of the torch and surrounding the latter, characterized in that it comprises in combination means for balancing the pressures on either side of the valve and means for cooling the seal and characterized in that the dimensions of the device are such that the total length L1 of the cuff is equal to the length of the nose, L1 is greater than twice the distance L2 between the nose of the torch in the active position and the upstream plane of the valve and the distance L3 between the upstream plane of the seal and the nose of the tor che is less than L1 - L2.
  • the means for balancing the pressures on either side of the valve comprise a setting pipe communication bypassing the valve, and a tap interposed on this pipe.
  • said seal is mounted on the nose of the torch, in a peripheral groove.
  • said seal is mounted in a peripheral groove of a circular cradle fitted around the nose of the torch.
  • said cradle is formed of two parts joined axially and together delimiting said groove.
  • said cradle is fitted into a groove formed in the external surface of the nose of the torch.
  • said seal is arranged in a groove formed in the internal surface of the cuff.
  • said joint is a metal joint of C-shaped section or a self-elastic joint of U-shaped section.
  • the means for cooling the joint comprise a circuit for circulating a cooling fluid.
  • said circuit is that which cools the nose of the torch.
  • said circuit consists of a jacket surrounding the cuff at least at the joint.
  • Figures 1, 2 and 3 are schematic sectional views showing the phases of the establishment of a plasma torch with non-transferred arc, in a first embodiment of the device according to the invention.
  • FIGS. 4 to 7 are partial sectional views of mounting variants of a joint according to the embodiment of FIGS. 1 to 3.
  • Figure 8 is a sectional view of another embodiment of the invention.
  • the reference 1 designates a nozzle of an apparatus, for example a blast furnace, on which a plasma torch 4 of the non-transferred arc type is used, having a nose 12 engaged in one end a cuff 3 fixed by its end opposite to the nozzle 1, and closed by a valve 5.
  • the cuff 3 comprises a flange 7 having a chamfer 8 adapted to cooperate with a frustoconical surface 9 for centering provided around the nose 12 of the torch 4.
  • a guide rod 10 is fixed on the collar 7 of the cuff and extends through a hole provided in a flange 11 of the torch in order to guide the latter towards the cuff 3.
  • An O-ring 2 is mounted on the nose 12, which it surrounds, in a manner which will be described in more detail below.
  • a pipe 6 connects the upstream side of the valve 5 to its downstream side, the side for introducing the torch into the cuff being considered as the upstream side as opposed to the end of the cuff on the nozzle side where the conditions prevail high operating pressure and temperature.
  • a tap 13 is interposed in the pipe 6 to control the communication of the upstream and downstream sides of the valve.
  • the valve 13 is protected against overheating, for example by a coil 26 in which a coolant circulates.
  • FIG. 1 shows the torch 4 in position before it is set up and comes into action, the valve 5 being closed and subjected on its downstream face to the pressure of the device, the tap 13 being closed.
  • Figure 2 shows the nose 12 of the valve engaged in the cuff 3, the valve 13 and the valve 5 being always closed.
  • valve 13 is then opened in order to bring this volume upstream of the valve 5 to the same pressure as that prevailing downstream.
  • the reference 3 designates the wall of the cuff
  • the reference 12 designates the nose of the torch as a whole.
  • the nose 12 is formed in two parts 14, 15 upstream and downstream respectively adjusted together for example by means of threads 16 and which are shaped so as to form between them a peripheral groove 17 forming a housing for the seal 2.
  • the nose 12 internally comprises a cooling circuit in which a cooling fluid circulated designated by the reference 18 and the sealing of this circuit is ensured by a seal 19 between the parts 14 and 15.
  • the seal 2 is made of metal, of section in C. Thanks to this arrangement, the seal 2 is effectively cooled by the cooling circuit of the nose of the torch.
  • the arrangement is identical to that of FIG. 4, with the exception of the seal 20, which is of the so-called self-elastic type of U-section having a metal core and an elastomer coating and the wings of which are in contact with the parts between which it seals.
  • the seal 2 is disposed in a housing 17 delimited by two annular elements 24, 25 fixed around the nose 12 by any suitable means, thus leaving a gap between the nose of the torch and the cuff.
  • This arrangement also ensures good heat transfer between the nose and the seal, and therefore good cooling of the latter.
  • FIG. 7 The arrangement of FIG. 7 is similar to the previous one, but the elements 24, 25 supporting the seal 2 are mounted in a groove 27 delimited between the parts 14 and 15 of the nose 12.
  • This arrangement provides the elements 24 and 25 with a larger contact surface with the nose 12, further improving the heat transfer.
  • FIG. 8 shows a variant in which the seal 22 is mounted in a groove 21 formed in the internal surface of the cuff 33.
  • the seal 22 must be cooled through the cuff by means of a jacket 23 surrounding the latter and in which a cooling fluid is circulated.

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Description

  • La présente invention concerne d'une façon générale l'utilisation des torches à plasma sur des installations, ou appareils fonctionnant dans des conditions de température et de pression élevées interdisant toute intervention directe pour la mise à poste ou le retrait de la torche, et elle est plus particulièrement relative à un dispositif pour la manipulation d'une torche à plasma à arc non transféré sur un tel appareil.
  • On connaît un procédé, décrit dans la demande de brevet français FR-A-2.637.443 relative à un procédé et dispositif pour la mise à poste et le retrait d'une torche à plasma sur un appareil fonctionnant dans des conditions de pression et de température interdisant une intervention directe.
  • Suivant ce procédé, on réalise en amont d'une vanne fermant une manchette de raccordement de la torche, un volume étanche susceptible de varier, et on équilibre la pression régnant dans ce volume avec celle régnant en aval de la vanne, avant d'ouvrir celle-ci pour mettre à poste le nez de la torche.
  • On connait également du document GB-A-2.167.843 un dispositif du type défini au préambule de la revendication principale dans lequel un joint d'étanchéité circulaire est intercalé entre la paroi interne de la manchette et le nez de la torche qu'il entoure, le nez de la torche étant en aval de la vanne et le joint fixe restant en position amont en position active de la torche.
  • Le but de la présente invention est de fournir un mode de réalisation d'un dispositif du type décrit dans ce document pour la mise en oeuvre du procédé décrit et représenté dans le document FR-A-2.637.443 et qui permet notamment de réaliser un volume étanche dans la manchette sans que le nez de la torche ne bute sur la vanne fermée.
  • Elle a pour objet à cet effet un dispositif pour la mise à poste en position active d'une torche à plasma à arc non transféré sur une manchette comportant une vanne de fermeture et reliée à un appareil fonctionnant dans des conditions de pression et de température élevées, sans modification de ces conditions, ainsi que son retrait, et du type comprenant au moins un joint d'étanchéité circulaire intercalé entre la paroi interne de la manchette et le nez de la torche et entourant celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison des moyens pour équilibrer les pressions de part et d'autre de la vanne et des moyens pour refroidir le joint et caractérisé en ce que les dimensions du dispositif sont telles que la longueur totale L1 de la manchette est égale à la longueur du nez, L1 est supérieure à deux fois la distance L2 entre le nez de la torche en position active et le plan amont de la vanne et la distance L3 entre le plan amont du joint et le nez de la torche est inférieure à L1 - L2.
  • Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour équilibrer les pressions de part et d'autre de la vanne comprennent un tuyau de mise en communication contournant la vanne, et un robinet intercalé sur ce tuyau.
  • Suivant un mode de réalisation de l'invention ledit joint est monté sur le nez de la torche, dans une gorge périphérique.
  • Suivant une variante, ledit joint est monté dans une gorge périphérique d'un berceau circulaire ajusté autour du nez de la torche.
  • D'une façon avantageuse, ledit berceau est formé de deux parties réunies axialement et délimitant ensemble ladite gorge.
  • Dans un autre mode de réalisation ledit berceau est ajusté dans une gorge ménagée dans la surface externe du nez de la torche.
  • Dans une autre variante ledit joint est disposé dans une gorge ménagée dans la surface interne de la manchette.
  • De préférence ledit joint est un joint métallique de section en forme de C ou un joint auto-élastique de section en U.
  • Dans un exemple, les moyens de refroidissement du joint comprennent un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement.
  • Avantageusement, ledit circuit est celui qui assure le refroidissement du nez de la torche.
  • Dans un autre exemple, ledit circuit est constitué par une chemise entourant la manchette au moins au niveau du joint.
  • La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
  • Les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe montrant les phases de la mise en place d'une torche à plasma à arc non transféré, dans un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention.
  • Les figures 4 à 7 sont des vues partielles en coupe de variantes de montage d'un joint suivant le mode de réalisation des figures 1 à 3.
  • La figure 8 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention.
  • En se référant aux figures 1 à 3, la référence 1 désigne un busillon d'un appareil, par exemple un haut fourneau, sur lequel on utilise une torche à plasma 4 du type à arc non transféré, ayant un nez 12 engagé dans une extrémité d'une manchette 3 fixée par son extrémité opposée au busillon 1, et fermée par une vanne 5.
  • La manchette 3 comporte une collerette 7 présentant un chanfrein 8 adapté pour coopérer avec une surface tronconique 9 de centrage prévue autour du nez 12 de la torche 4.
  • Une tige de guidage 10 est fixée sur la collerette 7 de la manchette et s'étend à travers un trou prévu dans une bride 11 de la torche afin de guider celle-ci vers la manchette 3.
  • Un joint torique 2 est monté sur le nez 12, qu'il entoure, d'une façon qui sera décrite plus en détail dans la suite.
  • Un tuyau 6 relie le côté amont de la vanne 5 à son côté aval, le côté d'introduction de la torche dans la manchette étant considéré comme le côté amont par opposition à l'extrémité de la manchette du côté busillon où règnent les conditions de pression et de température élevées de fonctionnement de l'appareil.
  • Un robinet 13 est intercalé dans le tuyau 6 pour commander la mise en communication des côtés amont et aval de la vanne. De préférence le robinet 13 est protégé contre un échauffement par exemple par un serpentin 26 dans lequel circule un liquide de refroidissement.
  • La figure 1 montre la torche 4 en position avant sa mise à poste et son entrée en action, la vanne 5 étant fermée et soumise sur sa face aval à la pression de l'appareil, le robinet 13 étant fermé.
  • La figure 2 montre le nez 12 de la vanne engagé dans la manchette 3, le robinet 13 et la vanne 5 étant toujours fermés.
  • Dans cette position le joint 2 est en contact d'étanchéité avec la surface interne de la manchette 3 et le nez 12 de la torche délimite avec le joint 2, la manchette 3 et la vanne 5 un volume étanche qui est variable en fonction de la position du nez 12.
  • On ouvre alors le robinet 13 afin d'amener ce volume en amont de la vanne 5 à la même pression que celle règnant en aval.
  • Il devient alors possible d'ouvrir la vanne 5, dont l'ouverture est jusqu'alors difficile en raison des conditions de Δ P, et on fait avancer la torche en position d'utilisation, comme représenté à la figure 3.
  • On voit, en considérant les figures 2 et 3 que le dispositif ne peut fonctionner qu'à la condition de respecter certains impératifs de dimensions, qui sont les suivants :
    • si L1 est la longueur totale de la manchette 3 et est égal à la longueur du nez 12,
    • si L2 est la distance entre le nez 12 de la torche en position active et le plan amont de la vanne 5,
    • si L3 est la distance entre le plan amont du joint et le nez 12,

    on doit avoir L1 > L2 afin que le joint soit situé en amont de la vanne lorsque la torche est en position active, et L3 < L1 - L2 afin de réaliser un volume étanche dans la manchette sans que le nez 12 bute sur la vanne 5 fermée (figures 2 et 3), et enfin L1 > L2 x 2.
  • On décrira maintenant plus en détail différents agencements possibles pour le montage du joint d'étanchéité 2 sur le nez 12 de la torche, en se référant aux figures 4 à 7 dans lesquelles les parties identiques sont désignées par les mêmes références.
  • Suivant l'exemple de la vue partielle de la figure 4, la référence 3 désigne la paroi de la manchette, et la référence 12 désigne dans son ensemble le nez de la torche.
  • Le nez 12 est formé en deux parties 14, 15 amont et aval respectivement ajustées ensemble par exemple au moyen de filetages 16 et qui sont conformées de manière à ménager entre elles une gorge périphérique 17 formant un logement pour le joint 2.
  • Comme connu en soi le nez 12 comporte intérieurement un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide de refroidissement désigné par la référence 18 et l'étanchéité de ce circuit est assurée par un joint 19 entre les parties 14 et 15.
  • D'une façon avantageuse, le joint 2 est en métal, de section en C. Grâce à cet agencement le joint 2 est efficacement refroidi par le circuit de refroidissement du nez de la torche.
  • Suivant l'exemple de la vue partielle de la figure 5, l'agencement est identique à celui de la figure 4, à l'exception du joint 20, qui est du type dit auto-élastique de section en U comportant une âme en métal et un revêtement en élastomère et dont les ailes sont en contact avec les pièces entre lesquelles il assure l'étanchéité.
  • Suivant l'exemple de la figure 6, le joint d'étanchéité 2 est disposé dans un logement 17 délimité par deux éléments annulaires 24, 25 fixés autour du nez 12 par tout moyen approprié, laissant ainsi subsister un intervalle entre le nez de la torche et la manchette. Cet agencement assure également un bon transfert thermique entre le nez et le joint, et par conséquent un bon refroidissement de celui-ci.
  • L'agencement de la figure 7 est analogue au précédent, mais les éléments 24, 25 soutenant le joint 2 sont montés dans une gorge 27 délimitée entre les parties 14 et 15 du nez 12.
  • Cet agencement assure aux éléments 24 et 25 une plus grande surface de contact avec le nez 12, améliorant encore le transfert thermique.
  • On a représenté à la figure 8 une variante dans laquelle le joint 22 est monté dans une gorge 21 ménagée dans la surface interne de la manchette 33.
  • Dans cet exemple, le joint 22 doit être refroidi à travers la manchette au moyen d'une chemise 23 entourant celle-ci et dans laquelle on fait circuler un fluide de refroidissement.
  • Bien que ce dispositif permette également la mise en oeuvre du procédé précité, l'entretien ou le changement du joint sont difficiles et ils nécessitent une modification de la manchette pour refroidir le joint. Pour ces raisons les solutions des exemples selon les figures 1 à 7 sont préférables du fait de la facilité d'accès au joint, qui permet son remplacement rapide, à chaque utilisation de la torche si on le désire.

Claims (10)

  1. Dispositif pour la mise à poste en position active d'une torche à plasma à arc non transféré sur une manchette comportant une vanne de fermeture et reliée à un appareil fonctionnant dans des conditions de pression et de température élevées, sans modification de ces conditions, ainsi que son retrait, et du type comprenant au moins un joint d'étanchéité circulaire (2, 20, 22) intercalé entre la paroi interne de la manchette (3, 33) et le nez (12) de la torche (4) et entourant celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 13) pour équilibrer les pressions de part et d'autre de la vanne (5) et des moyens (18, 23) pour refroidir le joint, et en ce que les dimensions du dispositif sont telles que la longueur totale L1 de la manchette (13) est égale à la longueur du nez (12), L1 est supérieur à deux fois la distance L2 entre le nez (12) de la torche en position active et le plan amont de la vanne (5) et la distance L3 entre le plan amont du joint et le nez (12) de la torche est inférieure à L1 - L2.
  2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour équilibrer les pressions de part et d'autre de la vanne comprennent un tuyau (6) de mise en communication contournant la vanne (5), et un robinet (13) intercalé sur ce tuyau et reliant le côté amont de la vanne (5) à son côté aval.
  3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint (2, 20) est monté sur le nez (12) de la torche (4), dans une gorge périphérique (17).
  4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit joint (2) est monté dans une gorge périphérique (17) d'un berceau circulaire (24, 25) ajusté autour du nez (12) de la torche (4).
  5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit berceau est formé de deux parties (24, 25) réunies axialement et délimitant ensemble ladite gorge (17).
  6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit berceau (24, 25) est ajusté dans une gorge (27) ménagée dans la surface externe du nez (12) de la torche (4).
  7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint (22) est disposé dans une gorge (21) ménagée dans la surface interne de la manchette (3).
  8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit joint est un joint métallique (2) de section en forme de C ou un joint auto-élastique (20) de section en U.
  9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens de refroidissaient du joint (2, 20) comprennent un circuit (18) de circulation d'un fluide de refroidissement qui est celui assurant le refroidissement du nez (12) de la torche.
  10. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement du joint (22) comprennent une chemise (23) entourant la manchette (3) et dans laquelle circule un fluide de refroidissement.
EP89402601A 1988-10-03 1989-09-22 Dispositif pour la mise à poste et le retrait d'une torche à plasma sur un appareil fonctionnant sous pression et température interdisant une intervention directe Expired - Lifetime EP0363247B1 (fr)

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EP0363247A1 EP0363247A1 (fr) 1990-04-11
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