BE1017673A3 - Procede et dispositif de projection de matiere pulverulente dans un gaz porteur. - Google Patents

Abstract

Procédé de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur comprenant une accélération du gaz porteur sous pression jusqu'à une vitesse sonique avant une détente permettant d'entraîner de la matière pulvérulente, avec formation d'un débit de gaz porteur constant entraînant une quantité prédéterminée de matière pulvérulente et dispositif de projection de matière pulvérulente dans un gaz porteur.

Description

“PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROJECTION DE MATIERE

PULVERULENTE DANS UN GAZ PORTEUR”

La présente invention se rapporte à un procédé de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur comprenant : - un écoulement dudit gaz porteur sous pression, - une détente dudit gaz porteur sous pression avec formation d'une zone de dépression présentant une valeur inférieure à ladite pression d'écoulement du gaz porteur et un entraînement d'une quantité de ladite matière pulvérulente par ledit gaz porteur détendu, et - une projection de ladite matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur.

Un tel procédé est par exemple connu dans le domaine de la réparation de parois réfractaires de fours par projection à la flamme, du gunitage, de la soudure céramique ou projection réactive.

Dans ces types de procédés, la reproductibilité du procédé de projection de matière pulvérulente et tous les réglages qui y sont afférents comme ceux de la quantité de matière pulvérulente, de la vitesse de projection, de la force de l'impact, etc. sont directement influencés de manière néfaste par un débit de gaz porteur variable non reproductible. Malheureusement, l'obtention d'un débit constant en gaz porteur est jusqu'à ce jour difficile à obtenir de manière simple.

Bien entendu, on connaît des dispositifs qui comprennent un débitmètre qui commande, via un régulateur, une vanne pour obtenir un débit de gaz constant, mais de tels systèmes sont complexes à mettre en œuvre et demandent des éléments dont les prix d'achat et de fonctionnement sont une fonction directe de la précision. Dès lors, ces systèmes sont peu applicables, sans parler du fait que la précision finale (probablement due à la séquence des éléments) laisse souvent à désirer.

L’invention a pour but de pallier au moins une partie des inconvénients de l’état de la technique tout en assurant que le débit de matière pulvérulente entraînée par le gaz porteur est aussi constant car le résultat final, la reproductibilité et la qualité de la projection dépendent directement de ce débit de matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur.

L'invention a pour but de résoudre ce problème en proposant un procédé tel que mentionné au début qui comprend en outre une accélération dudit gaz porteur sous pression jusqu'à une vitesse sonique avant la détente susdite avec formation d'un débit de gaz porteur constant entraînant une quantité prédéterminée de matière pulvérulente.

Comme on l'a mentionné ci-avant, les paramètres constitués par le débit de gaz porteur, la vitesse de projection et la quantité instantanée de matière pulvérulente (débit massique) doivent donc être déterminés de manière optimale. En effet, un débit de gaz porteur optimal assure un transport optimal de la matière à projeter et puisque la projection est faite par l'intermédiaire d'une canne ou lance de projection, ayant une section de projection bien définie, la vitesse de projection pour une température donnée du gaz porteur sera donc conditionnée par le débit de ce gaz porteur.

Grâce à l'accélération jusqu'à la vitesse sonique, par exemple obtenue en créant une onde de choc dans un venturi, le blocage sonique établit un débit fixe qui n'est pas influencé par la différence de pression qui peut régner avant et après l'accélération. Dès lors, le débit est devenu constant et la vitesse de projection conditionnée par ce débit constant devient optimale. La vitesse optimale ainsi obtenue dans le gaz porteur augmente considérablement la fiabilité et la reproductibilité du procédé de projection de matière pulvérulente selon l'invention.

Dans le domaine de la réparation des parois en matériau réfractaire des fours, des installations de traitement de verre, de cokeries, etc., le procédé selon l'invention peut être avantageusement appliqué dans un procédé de réparation par projection réactive qui consiste à projeter au moyen d'un courant de gaz porteur sur une zone concernée, une matière pulvérulente (comprenant par exemple une charge réfractaire et de la poudre métallique), finement pulvérisée.

En effet, lorsqu'une paroi en matériau réfractaire présente des dégradations superficielles ou profondes, l'utilisateur doit les réparer le plus vite possible pour ne pas aggraver les dégradations étant donné les conditions de fonctionnement intenses.

Lors de l'opération de réparation par projection réactive, la qualité du revêtement obtenu sur la paroi généralement réfractaire, dépend de plusieurs paramètres dont notamment la température du support et la vitesse de projection.

Dans ce type de procédé, le gaz porteur peut également être avantageusement un gaz réactif avec au moins un des éléments de la matière pulvérulente et, au contact de la paroi chaude, le mélange réagit spontanément et une série de réactions chimiques conduit à la formation d'un matériau réfractaire homogène, adhérent, dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du support traité.

La vitesse de projection est un élément prépondérant: En effet, si cette dernière est trop faible, il y a risque de retour de flamme. Si elle est trop importante, la quantité de matière peut ne pas réagir (car ne participant pas à la réaction exothermique) et rebondir exagérément sur la paroi au détriment de la qualité du magma en formation engendré par la projection réactive.

Dans les procédés de réparation par projection réactive existant à ce jour, on utilise un effet venturi qui ne permet pas d'obtenir un débit de gaz porteur entraînant une matière pulvérulente permettant d'atteindre une soudure optimale.

En effet, le débit de gaz porteur lors de la projection dudit mélange de matière pulvérulente et de gaz porteur est variable en fonction de la pression de compression du gaz porteur qui dépend elle-même, par exemple de la qualité du détendeur relié à la bonbonne de gaz, de l'état de remplissage de ce dernier et de bien d'autres paramètres, tels que les imperfections qui peuvent se trouver dans les conduits dans lesquels le gaz porteur s'écoule et bien d'autres encore.

Le procédé selon l'invention a pour objet de permettre d'obtenir une qualité de soudure optimale en procurant une qualité de projection et d'impact de ladite matière pulvérulente sur la surface à réparer constante au cours du temps. Le procédé selon l'invention permet l'obtention d'un débit de gaz porteur et réactif indépendant de la pression de compression ou indépendant de toute modification de pression que ce dernier pourrait subir à l'entrée.

Les grains composant la matière pulvérulente projetée sont animés d’une vitesse optimalisée grâce au gaz porteur qui transporte la matière pulvérulente pneumatiquement.

Cette reproductibilité et fiabilité augmentées sont particulièrement appréciables car le procédé de projection selon l'invention est souvent appliqué dans des endroits qui sont peu accessibles et où l’utilisateur travaille généralement à l'aveugle étant donné qu'il ne peut s'approcher de l'endroit à souder à cause de la chaleur régnante.

Dans ce type d'application de la réparation par projection réactive, le gaz porteur est également un gaz réactif qui sert non seulement de fluide de transport mais participe activement à la réaction physico-chimique exothermique. La qualité finale du produit projeté dépend essentiellement des facteurs suivants: - de l'enthalpie globale produite lors de la réaction exothermique et donc de la quantité de gaz porteur et réactif utilisée ainsi que de la température, de la composition chimique ou de la formulation de la matière pulvérulente, - de la quantité de poudre projetée, soit le débit massique de matière pulvérulente, - du débit optimal du gaz porteur et réactif permettant d'obtenir une vitesse optimale d’éjection des réactifs pour une application donnée.

Etant donné que le débit de gaz porteur présente suivant l'invention avantageusement une valeur constante à la sortie, exempte de toute variation due à des imperfections, le procédé selon l'invention présente une vitesse optimale de projection pour une application donnée.

Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une compression dudit gaz porteur réactif accéléré préalablement à la détente, ce qui permet d'améliorer l'entraînement de la matière pulvérulente susdite.

Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention comprend en outre un réglage de ladite pression inférieure, qui existe dans la zone de dépression par dérivation ou non, avant la détente, d'une quantité ajustable dudit gaz porteur accéléré pour le réintroduire dans la zone de dépression susdite sans modification dudit débit, en particulier dans sa globalité.

Certains procédés connus dans le domaine de la réparation par projection de matière pulvérulente comprennent un ajustement de la quantité de matière pulvérulente entraînée au moyen d'une vis sans fin ou d'un plateau tournant à déversement mais l'utilisation de tels dispositifs d'entraînement requiert l'utilisation de moteurs électriques, ce qui est peu compatible avec l'utilisation d'un gaz porteur et réactif (par exemple l’oxygène) avec au moins un élément de ladite matière pulvérulente.

Pour pouvoir utiliser de manière sûre ces moteurs électriques, il faudrait utiliser un gaz inerte comme par exemple l'azote, ce qui n'est pas compatible avec le procédé selon l'invention car le gaz porteur doit être réactif avec un élément de la matière pulvérulente et demande dans tous les cas une alimentation supplémentaire en azote, ce qui rend le procédé moins flexible.

La quantité de matière pulvérulente instantanée entraînée devrait être avantageusement optimalisée du point de vue de l'excellence du revêtement mais également du point de vue du coût de consommation de cette dernière. En amont de la canne ou lance de projection, il est donc important de pouvoir mélanger intimement la matière pulvérulente avec le gaz porteur et réactif en quantité ajustable. Dès lors, des contraintes dictent également la valeur de ce dernier paramètre.

Le procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus présente la souplesse voulue par rapport à un procédé classique utilisant un effet venturi. En effet, le procédé de projection suivant l'invention en comprenant une étape de réglage de ladite dépression par dérivation ou non, avant la détente d'une quantité ajustable de gaz porteur accéléré, permet, tout en ne modifiant rien au débit de sortie du gaz porteur, de modifier la valeur de la pression inférieure dans la zone de dépression, ce qui permet d'ajuster la quantité de matière pulvérulente entraînée.

En effet, si la quantité de gaz porteur et réactif soutirée et réintroduite est importante, la valeur de la pression dans la zone de dépression sera plus proche de la pression de compression et la quantité de matière pulvérulente entraînée sera réduite. Par contre, si la quantité de gaz porteur et réactif soutirée et réintroduite est faible, la valeur de la pression dans la zone de dépression sera fortement abaissée par rapport à la valeur de la pression de compression susdite et une quantité de matière pulvérulente importante et proche de sa valeur maximale sera également entraînée. Si la quantité de gaz porteur dérivée est nulle, la valeur de la dépression est maximale et présente la valeur la plus éloignée par rapport à la pression de compression que le procédé peut atteindre et la quantité maximale de matière pulvérulente est entraînée. Dès lors, la quantité de gaz porteur et réactif dérivée (c'est-à-dire soutirée et réintroduite) permet d'ajuster de manière particulièrement astucieuse la quantité de matière pulvérulente entraînée.

D'autres formes de réalisation du procédé selon l’invention sont mentionnées dans les revendications annexées.

L'invention se rapporte en outre à un dispositif de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur comprenant: - une entrée de gaz porteur sous pression, - une alimentation en matière pulvérulente communiquant avec une zone de dépression, - des moyens de détente du gaz porteur recevant le gaz porteur sous pression et aboutissant dans ladite zone de dépression, et - une sortie de ladite matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur détendu hors de la zone de dépression.

Malheureusement, un tel dispositif ne permet pas, comme mentionné précédemment d'obtenir une projection de matière pulvérulente optimale, ce qui nuit d'une part à la reproductibilité du travail accompli par ce dispositif et d'autre part à la qualité du travail fini.

L’invention a pour but de pallier les inconvénients de l’état de la technique en procurant un dispositif permettant d'obtenir une vitesse de projection optimale augmentant la reproductibilité du travail accompli par l’utilisateur du dispositif selon l’invention.

Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l’invention, un dispositif tel qu’indiqué ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tuyère de type convergent-divergent à col sonique en communication d'une part avec ladite entrée dudit gaz porteur sous pression et d'autre part avec les moyens de détente et ladite zone de dépression, ladite tuyère de type convergent-divergent à col sonique étant agencée pour maintenir, en aval, un débit de gaz porteur constant entraînant une quantité prédéterminée de matière pulvérulente.

De cette façon, le gaz porteur qui passe au travers de la tuyère de type convergent-divergent à col sonique ou aussi appelée de Laval subit une accélération jusqu'à une vitesse sonique grâce à une onde de choc qui a été créée dans le venturi. Le blocage sonique ainsi obtenu établit un débit fixe qui n'est pas influencé par la différence de pression entre l'amont et l'aval de la tuyère. Dès lors le débit du mélange de matière pulvérulente dans le gaz porteur est optimal et la réaction exothermique également. La projection est optimalisée et le rendement est augmenté.

Avantageusement, le dispositif selon l’invention comprend un injecteur en communication d'une part avec ladite tuyère de type convergent-divergent à col sonique et d'autre part avec les dits moyens de détente et ladite zone de dépression, ledit injecteur comprenant au moins une zone de rétrécissement. La présence de l'injecteur améliore l'entraînement de la matière pulvérulente dans la zone de dépression et la zone de rétrécissement permet d'augmenter la pression juste avant la détente. Dès lors, la différence de pression sera plus importante et l'efficacité de l'entraînement également.

Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif de projection de matière pulvérulente selon l'invention comprend en outre un dispositif de réglage de débit de ladite matière pulvérulente dans ledit gaz porteur comprenant un circuit de dérivation dudit gaz porteur relié à un organe d'ajustement de la quantité de gaz porteur dérivée, ledit circuit de dérivation comprenant un orifice de prélèvement de gaz porteur disposé en amont de ladite zone de détente dudit gaz porteur et un orifice de réintroduction dudit gaz porteur prélevé situé dans ladite zone de dépression.

De cette façon, le gaz porteur réintroduit dans la zone de dépression provoque une contre-pression qui agit sur la dépression et au plus la quantité de gaz porteur réintroduite dans la zone de dépression est grande, au plus la quantité de matière pulvérulente entraînée est faible. Le contraire est également d'application. Si l'utilisateur souhaite entraîner la quantité de matière pulvérulente maximale, il suffit de ne pas prélever de gaz porteur. La quantité de gaz porteur soutirée et réintroduite est ajustée à l'aide de l'organe de contrôle.

De préférence, ledit organe de contrôle est une vanne à pointeau. Ceci permet d'obtenir toutes les valeurs possibles entre la valeur maximale de gaz prélevée et la valeur minimale, la vanne à pointeau fonctionnant par serrage et non par créneaux.

Avantageusement, ledit orifice de prélèvement est disposé en amont de ladite zone de rétrécissement dudit injecteur. De cette façon, le gaz porteur qui doit être dérivé pour réguler la quantité de matière pulvérulente est prélevé avant la compression et représente une contre-pression vis-à-vis de la pression (pression inférieure) régnant dans la zone de dépression améliorée, permettant ainsi un réglage plus sensible de la quantité de matière pulvérulente transportée.

Dans une forme de réalisation avantageuse, la zone de dépression est reliée à un passage divergent, de préférence en carbure de tungstène, lui-même relié audit orifice de sortie de ladite matière pulvérulente entraînée par le gaz porteur. Le passage divergent est de préférence en une matière résistante à l'abrasion comme le carbure de tungstène et permet d'obtenir un fonctionnement semblable à celui d'une tuyère par rapport à un passage rectiligne.

Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, la sortie de matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur est un orifice tubulaire comprenant le passage divergent, dans lequel un premier boîtier entoure au moins ledit orifice tubulaire de sortie et dans lequel un deuxième boîtier entoure une lance de projection reliée à ladite sortie, les deux boîtiers étant reliés ensemble par des moyens de connexions conventionnels. Ceci permet d'obtenir un dispositif de projection de matière pulvérulente dans un gaz porteur compact et portable qui est suffisamment sûr. En effet, les éléments fragiles qui sont confinés à l'intérieur sont à l'abri de l'environnement et les réactions exothermiques qui se produisent lors de la projection sont également confinées dans le dispositif selon l'invention et dans le deuxième boîtier, ce qui permet d'éviter de blesser l'utilisateur. Le deuxième boîtier est particulièrement approprié en cas de retour de flamme pour éviter que l'utilisateur ne soit brûlé puisque généralement le gaz porteur et réactif est de l'oxygène.

De préférence, un fil thermofusible relié d'une part à une gâchette qui comprend une position ouverte de passage de gaz porteur et une position fermée de blocage de gaz porteur et d'autre part dans ledit deuxième boîtier, ledit fil thermofusible étant agencé pour maintenir ladite gâchette en position ouverte. De cette façon, en cas de retour de flamme, le fil thermofusible se rompt instantanément et la gâchette passe pratiquement instantanément en position fermée de blocage du gaz porteur (oxygène). Ceci permet d'éviter la propagation en arrière du front de flamme et donc l'explosion ou l'incendie.

Dans une forme de réalisation particulièrement sûre, ledit premier et ledit deuxième boîtiers sont reliés l'un à l'autre par des moyens de rappel présentant une force de rappel prédéterminée, par exemple des ressorts maintenant ensemble des moyens de connexion conventionnels.

Le tarage des ressorts est tel que, lors d’une surpression dans l'orifice tubulaire de sortie, suite à un retour de flamme, les deux boîtiers se séparent en permettant ainsi directement un retour à la pression atmosphérique. Dès lors, les deux boîtiers s'écartent l'un de l'autre quelques instants très brefs, ce qui permet également d'éviter l'explosion ou l'incendie. Avantageusement, le deuxième boîtier de sécurité comprend deux dispositifs filtrants qui permettent l'évacuation des gaz et des poussières lors d'un tel incident.

D’autres formes de réalisation du dispositif 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 annexés.

La figure 1 est une vue en coupe d’un dispositif de projection de matière pulvérulente dans un gaz porteur selon l’invention.

La figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble complet comprenant le même dispositif que celui représenté à la figure 1 où l'on peut voir les détails du fil thermofusible, du deuxième boîtier et des ressorts tarés selon l'invention.

La figure 3 est une vue d'en haut d'une variante du dispositif de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur selon l'invention.

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

La figure 1 illustre un dispositif de projection de matière pulvérulente dans un gaz porteur pour la mise en oeuvre du procédé de projection selon l'invention. Comme on l'a mentionné ci-avant, le principe consiste à projeter au moyen d'un gaz porteur une matière pulvérulente finement pulvérisée sur une zone concernée. Le gaz porteur est, par exemple, également réactif avec un élément de la matière pulvérulente. Le gaz porteur réactif est par exemple de l'oxygène qui participe à la réaction exothermique de la poudre métallique contenue dans la matière pulvérulente.

Le dispositif selon l'invention illustré à la figure 1 comprend une entrée 1 d'oxygène gazeux sous pression provenant soit d'une bonbonne, soit d'un réservoir comprimé, par exemple à 200 bar. La pression de l'oxygène sous pression entrant dans le dispositif selon l'invention a été préalablement régulée au moyen d'un détendeur 2 ou de plusieurs détendeurs 2 en série connecté(s) à la bonbonne ou au réservoir (non représenté). Une valeur de cette pression d'oxygène sous pression donnée à titre d'exemple est de 5,2 bar. La matière pulvérulente entre dans le dispositif selon l'invention par l'intermédiaire d'une trémie d'alimentation 18 en matière pulvérulente. L'oxygène gazeux sous pression pénètre dans le dispositif selon l'invention par l'entrée susdite 1 et atteint une tuyère 3 de type Laval, c'est-à-dire de type convergent-divergent, dont les facteurs dimensionnels sont tels que la tuyère 3 est considérée comme sonique. La tuyère de type Laval comprend une section convergente 4, un col sonique 5 et une section divergente 6.

La tuyère 3 est suivie dans la forme de réalisation illustrée d'un chambrage 7. Le chambrage 7 comprend avantageusement au moins un soutirage d'oxygène permettant de dériver une quantité d'oxygène accéléré par ladite tuyère 3. Une partie de l'oxygène porteur et réactif est donc dérivée par deux alésages orthogonaux 8, 8' reliés à une vanne à pointeau 9 qui permet d'ajuster la valeur de la quantité d'oxygène dérivée. Il est également prévu dans la forme de réalisation représentée de mesurer la valeur de la pression statique de l'oxygène accéléré par la tuyère 3 par l'intermédiaire de deux alésages orthogonaux 10, 10' pratiqués dans ledit chambrage 7. La mesure de cette pression statique se fera par exemple à l'aide d'un manomètre 11.

La tuyère de type Laval ou de type convergent-divergent 3 à col sonique est solidarisée à un injecteur 12 qui sera alimenté en gaz porteur accéléré (oxygène) avec un débit, une pression et une vitesse dictés par la tuyère de type convergent-divergent 3 susdite.

L'injecteur 12 est réalisé de préférence en une matière compatible avec le passage de l'oxygène. L'oxygène porteur et réactif avec au moins un élément de la matière pulvérulente, qui a traversé l'injecteur, sous pression élevée, aboutit ensuite dans une zone de dépression 19, qui est, dans cette forme de réalisation, une enceinte ayant un volume bien supérieur à celui de la tubulure de l'injecteur 12 et servant ainsi de moyens de détente. La détente du gaz porteur crée une dépression dans l'enceinte susdite qui a pour effet d'entraîner la matière pulvérulente se trouvant dans la trémie d'alimentation 18. Avantageusement, l'enceinte est alimentée en matière pulvérulente grâce au retrait d'un obturateur 20 commandé par des moyens de commande, par exemple, pneumatiquement à l'aide d'un vérin 21.

Les moyens de détente peuvent être constitués de tous moyens de détente connus, comme l’enceinte à volume supérieur à celui de l’injecteur susdit, ou la partie divergente d’un venturi.

La position de l'injecteur 12 est avantageusement colinéaire avec la sortie 22 de la matière pulvérulente entraînée par l'oxygène porteur et réactif. La sortie est équipée d'un ensemble divergent 22 constitué d'une matière résistante à l'abrasion comme par exemple, le carbure de tungstène.

L'injecteur 12 comporte une zone de rétrécissement permettant une compression du gaz porteur accéléré avant que celui-ci aboutisse dans la zone de dépression 19.

Dans cette forme de réalisation illustrée, la tuyère de type Laval 3 est solidarisée à un ensemble de préférence métallique 13 qui est constitué de trois sous-ensembles coaxiaux 12,14, 16. Le sous-ensemble de préférence métallique 14 comporte sur son diamètre extérieur une gorge 17 dans laquelle des alésages 15 réalisés radialement permettent le passage d'une partie du débit d'oxygène en provenance du conduit relié à la vanne à pointeau 9. Le sous-ensemble 16 est une bague 16 permettant la fermeture de la gorge 17 du sous-ensemble 14. La bague 16 assure la connexion à la vanne à pointeau 9 par l'intermédiaire d'un alésage réalisé dans la bague 16, au droit de la gorge 17 susdite.

La vanne à pointeau 9 est alors reliée à l'alésage 8 et/ou à l'alésage 8' par une conduite 36 de nature compatible avec le passage de l'oxygène. La fermeture ou l'ouverture de la vanne à pointeau 9 permet ou non la dérivation (le soutirage) dans le circuit de dérivation 36 d'une quantité d'oxygène nécessaire pour les conditions de travail. L'oxygène ainsi soutiré dans le chambrage 7 (orifice de soutirage) par une ouverture de la vanne à pointeau 9 sera alors réintroduit via le circuit 36 dans la bague 17 (orifice de réintroduction du gaz porteur), il passera dans l'alésage 15 et aboutira ensuite dans un espace annulaire 25 existant entre le sous-ensemble métallique 14 et l'injecteur 12. De cette façon, à la sortie de l'injecteur 12, le débit d'oxygène accéléré au sortir de la tuyère de type convergent-divergent à col sonique 3 est recouvré. On appelle le circuit de dérivation 36 l’ensemble constitué par le chambrage 7, les alésages 8, 8’, la vanne à pointeau 9, l’orifice de réintroduction 17, l’alésage 15 et l’espace annulaire 25.

En effet, l'oxygène accéléré sortant de la tuyère 3 présente un débit di_, une vitesse vL et une pression PL. Lorsqu'une partie dD du débit d'oxygène accéléré di_ est dérivée, le débit d'oxygène qui passe dans l'injecteur est dj. L'oxygène qui passe dans l'injecteur est animé d'une vitesse v, et présente une pression Pj. L'oxygène de la partie du débit dérivé dp est également animé d'une vitesse vd et présente une pression PD dans l'espace annulaire 25.

A la sortie de l'injecteur 12 et de l’espace annulaire 25, l'oxygène aura une pression résultante Pr et une vitesse résultante vr. Ces pression et vitesse résultantes conditionnent la quantité de matière pulvérulente entraînée. L'ouverture ou la fermeture de la vanne à pointeau 9 provoquera une variation des débits di et dp, une variation des pressions P, et Pd ainsi que des changements de vitesse v, et vD. La pression résultante PR et la vitesse résultante vR seront dès lors des variables. La conséquence directe est une variation de la quantité de matière pulvérulente entraînée, du fait de la variation d'énergie cinétique et de la quantité de mouvement. Il y aura donc une modification de l'importance de l'effet venturi engendré.

Toutefois, les valeurs du débit de gaz porteur accéléré dL à la sortie de la tuyère de Laval 3 et du débit d'oxygène sortant du dispositif selon l'invention dR sont identiques puisque le débit de gaz porteur reste constant lors de la traversée du dispositif selon l'invention.

Dès lors, grâce à la déviation ou dérivation d'une partie du débit do, par l'ouverture de la vanne à pointeau 9 dans le circuit de dérivation 36, le débit qui passe dans l'injecteur 12 dj est diminué en conséquence. Les caractéristiques telles que pression P;, débit massique Mj, et vitesse Vj au sortir de l’injecteur métallique seront modifiées.

Une caractéristique intéressante dans l'utilisation d'une tuyère de type convergent-divergent à col sonique 3 (ou de Laval), est la création d'une onde de choc dans la partie divergente de la tuyère 3. La localisation géographique et l'amplitude de l'onde de choc conditionnent le fonctionnement de la tuyère 3. La variation des caractéristiques physiques de l'oxygène en aval de l'ensemble injecteur 12, zone de dépression 19 et passage divergent 22, fera que l'amplitude et la position géographique de l'onde de choc dans la tuyère de type convergent-divergent à col sonique 3 seront variables. Les paramètres de l'onde de choc sont également influencés par la contre-pression régnant en aval de l'ensemble injecteur 12, zone de dépression 19 et passage divergent 22. La position et l'amplitude de l'onde de choc conditionnent la quantité de poudre pouvant être transportée par le gaz porteur. La valeur de la contre-pression est en fait la sommation des différentes pertes de charge de tout ce qui suit la zone de dépression 19 et le passage divergent 22 (qualité de la lance de projection, qualité du tube de transport des poudres, longueur, diamètre, géométrie du bec de projection, etc.)

Si la vanne à pointeau 9 est complètement ouverte et laisse passer un débit d'oxygène maximal correspondant à la valeur maximale que do (débit d'oxygène dérivé) peut atteindre, la quantité de matière pulvérulente entraînée sera la quantité de matière pulvérulente minimale qui peut être entraînée par le dispositif selon l'invention (quantité instantanée).

Si la vanne à pointeau 9 est fermée et ne permet pas de dérivation, alors la quantité de matière pulvérulente entraînée est à sa valeur maximale. La dérivation n'étant pas toujours nécessaire, il est judicieux de prévoir la possibilité de fermer l'organe d'ajustement et en l'occurrence la vanne à pointeau 9 (quantité instantanée).

Dans une variante, la gorge 17 peut faire partie intégrante du corps support de l'ensemble 13. De même, l'homme de métier comprendra aisément que les positions géométriques des alésages radiaux peuvent être bien différentes en fonction des impératifs de l'encombrement.

Les alésages 8' et 10' sont usinés perpendiculairement aux deux alésages 8 et 10 eux-mêmes situés orthogonalement au plan formé par le chambrage 7, mais l'homme de métier comprendra aisément que ces positions géométriques ne sont dictées que par des contraintes stériques et d'encombrement. Il va de soi qu'un seul alésage 8, 10 pourrait suffire pour dériver de l'oxygène accéléré ou pour mesurer la valeur de la pression statique et qu'il n'y a aucun impératif de positionnement pour des variantes selon l'invention.

Les facteurs dimensionnels de la tuyère de type Laval sont tels que la pression statique de l'oxygène traversant ladite tuyère 3 a une valeur égale ou inférieure au produit de la pression à l'entrée de la tuyère (pression de compression) et d'un facteur de 0,528. Dans ces conditions, la tuyère 3, est considérée comme sonique et les conditions de fonctionnement de l'ensemble ne dépendent que de la pression initiale du fluide en amont, c'est-à-dire la pression dictée par le régulateur de pression 2, constitué par exemple d'un ou de plusieurs détendeurs 2.

Le divergent en carbure de tungstène 22 peut être positionné et fixé dans un bloc support 23.

Les facteurs dimensionnels de l'ensemble injecteur 12 et divergent 22 sont tels que le principe de fonctionnement peut également être assimilé à une tuyère de type venturi.

Dans une variante selon l'invention, en amont de la tuyère de type convergent-divergent à col sonique 3, on trouve une sécurité antiretour 24 présentant une soupape variable avec la température et permettant d'éviter le refoulement du gaz dans le dispositif selon l'invention. En effet, lorsqu'il s'agit d'oxygène chaud ou d'un retour de flamme, il est avantageux de présenter une sécurité antiretour qui bloque le passage en cas d'échauffement ou de retour de scories.

La figure 2 illustre un ensemble de réparation par projection réactive plus complet comprenant le même dispositif que celui représenté à la figure 1. Dans cet ensemble, une trémie 18' d'une plus grande capacité que la trémie d'alimentation 18 susdite est située au-dessus de ; celle-ci. La matière pulvérulente composée de poudres réfractaires et métalliques utilisée dans le procédé selon l'invention est donc transférée de la trémie 18' à la trémie 18 par écoulement naturel et par gravité.

Dans la trémie d'alimentation 18 aboutissant dans la zone de dépression 19, on aura placé avantageusement une plaque de régulation de débit permettant un écoulement régulier dans l'enceinte de mélange de gaz porteur (oxygène) et de poudre. Dans le cas d'un retour de flamme et dans le cas d'un retour gazeux susceptible de remonter dans la trémie 18, puisque la matière pulvérulente s'y trouvant est réactive (au moins un des éléments la constituant) avec le gaz porteur (oxygène), la quantité de matière pulvérulente susceptible de provoquer une explosion est réduite, et par conséquent la quantité de matière pulvérulente perdue.

Le dispositif illustré à la figure 2 comprend également, comme on l'a mentionné précédemment un bloc support 23 que l'on appelle également dans le contexte de la présente invention le premier boîtier 23 qui entoure la sortie 35 de matière pulvérulente entraînée par le gaz porteur sous la forme d'un orifice tubulaire à passage divergent 22 (en carbure de tungstène anti-abrasion). Le dispositif selon l'invention, dans sa forme préférentielle illustrée ici comprend en outre un deuxième boîtier 27. Le deuxième boîtier 27 entoure la lance 28 de projection réactive de la matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur et réactif.

Le premier boîtier 23 est relié au deuxième boîtier 27 à l'aide de moyens de connexion conventionnels 29 et 29' tels qu'une saillie filetée et un pas de vis, des brides et analogue. Les moyens de connexions conventionnels 29 et 29' sont maintenus en place grâce à la pression exercée par une série de moyens de rappel 30 présentant une force de rappel prédéterminée. Ces moyens de rappel 30 sont par exemple des ressorts 30 tarés. La force de rappel prédéterminée ou le tarage des ressorts est tel que lors d'une surpression dans la lance de projection 28 suite à un retour de flamme, les deux moyens de connexion conventionnels se séparent. Ceci permet un retour instantané à la pression atmosphérique dans des enceintes dans lesquels régnait une pression propice à l'inflammation et à l'explosion.

Comme on peut également le voir, le dispositif selon l'invention comporte également un dispositif de sécurité supplémentaire. En effet, en sus de la sécurité antiretour 24, de la plaque de régulation 20 dans la trémie d'alimentation 18 susdite, des premier et deuxième boîtiers 23 et 27, des moyens de rappel 30, le dispositif possède en outre un fil thermofusible 31 judicieusement positionné. Le fil thermofusible 31 se trouve dans la trajectoire du flux gazeux chaud. Lors de la séparation des moyens de connexion conventionnels 29 et 29' sous l’effet d’une surpression sur incident ou lors d’un retour de flamme survenant dans ledit deuxième boîtier 27, le flux gazeux chaud fait immédiatement fondre le fil thermofusible 31 qui est alors quasi instantanément sectionné. Sa rupture permet de libérer la tension sur la gâchette 32 de sécurité. Le relâchement brutal de la gâchette 32 interrompt le débit d'oxygène et le passage de gaz est bloqué.

En outre, le dispositif selon l'invention est équipé au niveau du deuxième boîtier 27 de dispositifs filtrants 33 et 34 permettant l'évacuation refroidie des gaz et poussières lors d'un tel incident (retour de flamme).

Dans la variante du dispositif selon l'invention illustrée à la figure 3, le circuit de dérivation permettant d'ajuster la quantité de matière pulvérulente entraînée par le gaz porteur et réactif est disposé différemment. Les autres éléments représentés fonctionnent comme dans et sont décrits par la description détaillée des figures 1 et 2 y compris toutes les alternatives expliquées.

Le circuit de dérivation 36 est composé d'un organe d'ajustement 9 (vanne à pointeau) de la quantité de gaz porteur dérivée, d'un orifice de prélèvement 7 de gaz porteur et d'un orifice de réintroduction 25 du gaz dérivé dans l'enceinte de la zone de dépression. L'orifice de prélèvement ou de soutirage 7 est disposé à la sortie de la tuyère de Laval 3. Bien entendu, cet orifice de soutirage peut être disposé à bien d'autres endroits pour autant que ce dernier soit disposé en amont de ladite zone de détente 19 dudit gaz porteur, le fonctionnement sera optimal.

De même, en tant que variante, un fil éventuellement thermofusible 31 est relié d'une part à la gâchette 32 et d'autre part à un point situé entre ledit premier 23 et ledit deuxième boîtier 27. le fil (thermofusible) 31 maintient la gâchette 32 en position ouverte tant qu'il n'y a pas de retour de flamme. S'il devait se produire un incident, les moyens de connexions conventionnels 29, 29' se sépareraient l'un de l'autre et l'extrémité du fil (thermofusible) 31 serait libérée, ce qui aurait pour effet de relâcher la pression sur la gâchette et de bloquer l'alimentation en oxygène.

EXEMPLE

Un débit d’C>2 constant entre dans le dispositif selon l’invention avec une valeur de 30 ,Nm3/h et présente une pression à la sortie du détendeur 2 de 5,2 bar. La pression maximale utile à l’entrée de l’injecteur (pression statique) est de 4,05 bar. La vanne à pointeau, initialement fermé a été ouverte petit à petit et le débit massique de matière pulvérulente a été mesuré. Les résultats sont représentés ci-dessous au tableau.

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 (14)

1. Procédé de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur comprenant - un écoulement dudit gaz porteur sous pression, - une détente dudit gaz porteur sous pression avec formation d'une zone de dépression présentant une valeur inférieure à ladite pression d'écoulement du gaz porteur et un entraînement d'une quantité de ladite matière pulvérulente par ledit gaz porteur détendu, et - une projection de ladite matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une accélération dudit gaz porteur sous pression jusqu'à une vitesse sonique avant la détente susdite avec formation d'un débit de gaz porteur constant entraînant une quantité prédéterminée de matière pulvérulente.

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une compression dudit gaz porteur accéléré préalablement à la détente.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant en outre un réglage de ladite pression inférieure par dérivation ou non, avant la détente, d'une quantité ajustable dudit gaz porteur accéléré pour le réintroduire dans la zone de dépression susdite sans modification dudit débit.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit gaz porteur est un gaz réactif participant à une réaction exothermique avec au moins un élément de ladite matière pulvérulente.

5. Dispositif de projection d'une matière pulvérulente dans un gaz porteur comprenant: - une entrée (1 ) de gaz porteur sous pression - une alimentation (18) en matière pulvérulente communiquant avec une zone de dépression (19), - des moyens de détente du gaz porteur recevant le gaz porteur sous pression et aboutissant dans ladite zone de dépression (19) et - une sortie (35) de ladite matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur détendu hors de la zone de dépression (19), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tuyère de type convergent-divergent à col sonique (3) en communication d'une part avec ladite entrée (1) dudit gaz porteur sous pression et d'autre part avec les moyens de détente et ladite zone de dépression (19), ladite tuyère de type convergent-divergent à col sonique (3) étant agencée pour maintenir, en aval, un débit constant de gaz porteur entraînant une quantité prédéterminée de matière pulvérulente.

6. Dispositif selon la revendication 5, comprenant en outre un injecteur (12) en communication d'une part avec ladite tuyère de type convergent-divergent à col sonique (3) et d’autre part avec les dits moyens de détente et ladite zone de dépression (19), ledit injecteur (12) comprenant au moins une zone de rétrécissement.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, comprenant en outre un dispositif de réglage de débit (11,7, 8,15,17, 36) de ladite matière pulvérulente dans ledit gaz porteur comprenant un circuit de dérivation (36) dudit gaz porteur muni d'un organe d'ajustement (9) de la quantité de gaz porteur dérivée, ledit circuit de dérivation (36) comprenant un orifice de prélèvement de gaz porteur (7,8) disposé en amont de ladite zone de dépression (19) dudit gaz porteur et un orifice de réintroduction (15,17) dudit gaz porteur prélevé situé dans ladite zone de dépression (19).

8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit organe d'ajustement est une vanne à pointeau (9).

9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ledit orifice de prélèvement (7,8) est disposé en amont de ladite zone de rétrécissement dudit injecteur (12).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel ladite zone de dépression (19) est reliée à un passage divergent (22), de préférence en carbure de tungstène, lui-même relié à ladite sortie (35) de ladite matière pulvérulente entraînée par le gaz porteur.

11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ladite sortie (35) de matière pulvérulente entraînée par ledit gaz porteur est un orifice tubulaire comprenant le passage divergent (22), dans lequel un premier boîtier (23) entoure au moins ledit orifice tubulaire de sortie (35) et dans lequel un deuxième boîtier (27) entoure une lance de projection (28) reliée à ladite sortie (35), les deux boîtiers (23,27) étant reliés ensemble.

12. Dispositif selon la revendication 11, comprenant en outre un fil thermofusible (31) relié d'une part à une gâchette (32) qui comprend une position ouverte de passage de gaz porteur et une position fermée de blocage de gaz porteur et d'autre part dans ledit deuxième boîtier (27), ledit fil thermofusible (31) étant agencé pour maintenir ladite gâchette (32) en position ouverte.

13. Dispositif selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel ledit premier et ledit deuxième boîtiers (23,27) sont reliés l'un à l'autre par des moyens de rappel (30) présentant une force de rappel prédéterminée.

14. Dispositif selon la revendication 13 lorsqu'elle dépend de la revendication 11, comprenant en outre un fil (31) éventuellement thermofusible relié d'une part à une gâchette (32) qui comprend une position ouverte de passage de gaz porteur et une position fermée de blocage de gaz porteur et d'autre part entre ledit premier et ledit deuxième boîtier (23,27), ledit fil thermofusible (31) étant agencé pour maintenir ladite gâchette (32) en position ouverte.