FR2735564A1 - Fluid injection tube for high-temperature glass melting furnace etc. - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne une lance d'injection d'un fluide dans une enceinte, notamment un four, du type comportant un tube d'injection du fluide. The present invention relates to a lance for injecting a fluid into an enclosure, in particular an oven, of the type comprising a tube for injecting the fluid.
Pour les applications nécessitant des températures élevées, on utilise des fours, dans lesquels la chaleur est produite à partir d'une flamme entretenue à l'intérieur de ceux-ci. Afin d'alimenter la flamme, des gaz combustibles et oxydants sont injectés au travers des parois du four. Les gaz combustible et oxydant peuvent être introduits à partir d'un même point, ou à partir de plusieurs points espacés sur les parois du four. For applications requiring high temperatures, ovens are used, in which heat is produced from a flame maintained inside them. In order to feed the flame, combustible and oxidizing gases are injected through the walls of the oven. The combustible and oxidizing gases can be introduced from the same point, or from several points spaced on the walls of the furnace.
En particulier, dans certaines applications, notamment dans certains fours de fusion de verre, il est parfois nécessaire d'injecter seuls certains gaz, de l'oxygène gazeux notamment, à partir d'une lance traversant de part en part la paroi du four et dont l'extrémité d'injection affleure à l'intérieur de celui-ci. In particular, in certain applications, in particular in certain glass melting furnaces, it is sometimes necessary to inject only certain gases, in particular gaseous oxygen, from a lance passing right through the wall of the furnace and the injection end of which is flush with the interior thereof.
L'atmosphère à l'intérieur des fours est souvent agressive pour les différents organes qui débouchent dans ceux-ci, et notamment pour les lances d'injection de gaz. The atmosphere inside the ovens is often aggressive for the various organs that open into them, and in particular for the gas injection lances.
En particulier, la température régnant dans un four est souvent supérieure à 1200"C et est généralement supérieure à 1450"C dans le cas d'un four à verre. Par ailleurs, les produits de combustion ainsi que les différents effluents gazeux provenant des substances chauffées dans le four sont très réactifs chimiquement et soumettent les pièces métalliques des lances d'injection de gaz à d'importantes attaques chimiques. Ces différents facteurs sont à l'origine de risques importants de dégradation des lances.In particular, the temperature prevailing in an oven is often higher than 1200 "C and is generally higher than 1450" C in the case of a glass oven. Furthermore, the combustion products as well as the various gaseous effluents coming from the substances heated in the oven are very chemically reactive and subject the metal parts of the gas injection lances to significant chemical attacks. These various factors are at the origin of significant risks of degradation of the lances.
Afin de permettre l'injection de gaz à l'intérieur de fours à verre à partir de lances sans que celles-ci ne soient rapidement endommagées, on utilise des lances d'injection comportant un circuit auxiliaire de refroidissement. De manière classique, ces lances comportent un tube d'injection de gaz traversant la paroi du four de part en part. Ce tube est entouré d'un conduit coaxial de diamètre supérieur, définissant avec le tube une enceinte hermétiquement close dans laquelle circule un fluide de refroidissement. In order to allow the injection of gas inside glass furnaces from lances without these being quickly damaged, injection lances are used comprising an auxiliary cooling circuit. Conventionally, these lances comprise a gas injection tube passing through the wall of the furnace right through. This tube is surrounded by a coaxial conduit of greater diameter, defining with the tube a hermetically closed enclosure in which a cooling fluid circulates.
De telles lances sont relativement chères à fabriquer et nécessitent une maintenance importante. En particulier, le fluide utilisé pour le refroidissement est généralement de l'eau, ce qui conduit à un dépôt de calcaire dans les conduits de refroidissement. Such lances are relatively expensive to manufacture and require significant maintenance. In particular, the fluid used for cooling is generally water, which leads to a deposit of lime in the cooling conduits.
Par ailleurs, le circuit de refroidissement est en contact au voisinage de la lance avec l'atmosphère intérieure du four, ce qui provoque des zones de condensation intense des effluents gazeux présents dans le four, source de corrosion très rapide des tubes. Furthermore, the cooling circuit is in contact in the vicinity of the lance with the interior atmosphere of the furnace, which causes zones of intense condensation of the gaseous effluents present in the furnace, a source of very rapid corrosion of the tubes.
L'invention a donc pour but de fournir une lance d'injection d'un gaz dans une enceinte à très haute température, ne nécessitant pas l'utilisation d'un circuit de refroidissement et dont la fabrication et l'installation soient simples. The invention therefore aims to provide a lance for injecting a gas into an enclosure at very high temperature, not requiring the use of a cooling circuit and the manufacture and installation of which are simple.
A cet effet, l'invention a pour objet une lance d'injection d'un fluide dans une enceinte, notamment un four, du type précité, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre un manchon en matériau réfractaire dans lequel le tube métallique d'injection du fluide est enrobé sur au moins une partie de sa longueur. To this end, the subject of the invention is a lance for injecting a fluid into an enclosure, in particular an oven, of the aforementioned type, characterized in that it also comprises a sleeve made of refractory material in which the metal tube of fluid injection is coated over at least part of its length.
Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- le manchon est disposé sur la partie d'extrémité d'injection du tube, et le tube se prolonge au-delà du manchon du côté opposé à cette extrémité
- la partie d'extrémité d'injection du tube est en acier inoxydable NS 30 ou en "Inconel" ;
- le manchon contient au moins 95 %, et de préférence au moins 97 %, d'alumine
- le tube porte un élément de liaison, notamment un enroulement, en un fil métallique qui est enrobé dans le matériau réfractaire du manchon avec le tube
- le fil métallique est en nickel
- le tube présente un tronçon de diamètre réduit à son extrémité d'injection.According to particular embodiments, the invention may have one or more of the following characteristics
- the sleeve is disposed on the injection end portion of the tube, and the tube extends beyond the sleeve on the side opposite this end
- the injection end part of the tube is made of NS 30 stainless steel or "Inconel";
- the sleeve contains at least 95%, and preferably at least 97%, of alumina
- the tube carries a connecting element, in particular a winding, in a metal wire which is coated in the refractory material of the sleeve with the tube
- the metal wire is made of nickel
- The tube has a reduced diameter section at its injection end.
En outre, l'invention a pour objet une brique de four munie d'un tube d'injection d'un fluide dans le four, dans laquelle le tube s'étend à travers une ouverture qui traverse la brique de part en part, caractérisée en ce qu'un manchon en matériau réfractaire enrobant le tube sur au moins une partie de sa longueur est interposé entre le tube et la paroi de l'ouverture. Furthermore, the subject of the invention is an oven brick provided with a tube for injecting a fluid into the oven, in which the tube extends through an opening which passes right through the brick, characterized in that a sleeve of refractory material coating the tube over at least part of its length is interposed between the tube and the wall of the opening.
L'invention a également pour objet un procédé d'installation d'un tube d'injection d'un fluide au travers d'une paroi d'un four, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes
- on enrobe au moins une partie du tube dans un manchon en matériau réfractaire
- on réalise une ouverture traversant dans la paroi du four ; et
- on introduit le tube d'injection dans l'ouverture de la paroi du four de telle sorte que le manchon en matériau réfractaire s'étende dans cette ouverture.The invention also relates to a method of installing a tube for injecting a fluid through a wall of an oven, characterized in that it comprises the following steps
- at least part of the tube is wrapped in a sleeve of refractory material
- An opening is made through the wall of the oven; and
- Introducing the injection tube into the opening of the wall of the furnace so that the sleeve of refractory material extends into this opening.
Suivant un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, l'ouverture traversant la paroi du four a, dans au moins une direction, une dimension intérieure supérieure à la dimension extérieure correspondante du manchon, permettant l'orientation de la lance. According to a particular embodiment of the method, the opening passing through the wall of the furnace has, in at least one direction, an internal dimension greater than the corresponding external dimension of the sleeve, allowing the orientation of the lance.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique, qui est une vue en coupe transversale d'une brique entrant dans la composition d'une paroi de four, munie d'une lance d'injection de fluide selon l'invention. The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the single figure, which is a cross-sectional view of a brick used in the composition of an oven wall, provided with a fluid injection lance according to the invention.
Sur cette figure, on a représenté une lance 10 d'injection d'un gaz, supposé être de l'oxygène gazeux, à l'intérieur d'un four délimitant une enceinte 12. La lance d'injection 10 est représentée en situation normale d'utilisation, c'est-à-dire reçue à l'intérieur d'une brique 14 de la paroi du four qu'elle traverse de part en part. In this figure, there is shown a lance 10 for injecting a gas, assumed to be gaseous oxygen, inside an oven delimiting an enclosure 12. The injection lance 10 is shown in normal situation of use, that is to say received inside a brick 14 of the wall of the furnace which it passes right through.
La lance 10 comporte essentiellement un tube d'injection du gaz 16, sur une partie avant duquel est enroulé un fil métallique 18 de solidarisation avec un manchon 20 en matériau réfractaire dans lequel ladite partie avant est enrobée. The lance 10 essentially comprises a gas injection tube 16, on a front part of which is wound a metal wire 18 for securing with a sleeve 20 of refractory material in which said front part is coated.
Le tube d'injection 16 a par exemple une longueur totale de 800 mm. Il est formé de deux tronçons principaux coaxiaux de diamètres différents. Un tronçon arrière 21, ayant par exemple un diamètre de 17 mm, s'étend sur l'essentiel de la longueur du tube 16. I1 présente, à son extrémité arrière libre, un filetage 22 adapté pour recevoir un raccord (non représenté) d'un dispositif d'alimentation en gaz sous pression à injecter. The injection tube 16 has for example a total length of 800 mm. It is made up of two main coaxial sections of different diameters. A rear section 21, for example having a diameter of 17 mm, extends over most of the length of the tube 16. I1 has, at its free rear end, a thread 22 adapted to receive a fitting (not shown) d '' a pressurized gas supply device to be injected.
Le tube 16 comporte à son extrémité avant d'injection un tronçon 24 d'accélération du gaz de diamètre réduit. Celui-ci a une longueur d'environ 50 mm et par exemple un diamètre intérieur de 1 à 17 mm. Le tronçon 24 de diamètre réduit est réalisé dans un matériau ayant une bonne tenue aux fortes températures, par exemple de l'acier inoxydable NS 30 ou encore de l'"Inconel". Les tronçons avant 24 et arrière 21 représentés sont reliés l'un à l'autre par un raccord 25 formé d'un tronçon tubulaire métallique de diamètre intermédiaire. Ce raccord peut être supprimé si les diamètres des tronçons 24 et 21 sont voisins. The tube 16 has at its end before injection a section 24 for accelerating the gas of reduced diameter. This has a length of approximately 50 mm and for example an internal diameter of 1 to 17 mm. The section 24 of reduced diameter is made of a material having good resistance to high temperatures, for example stainless steel NS 30 or "Inconel". The front 24 and rear 21 sections shown are connected to each other by a connector 25 formed by a metallic tubular section of intermediate diameter. This connection can be eliminated if the diameters of the sections 24 and 21 are close.
Depuis l'extrémité avant du tube 16, sur une longueur fonction de l'épaisseur de la brique 14, qui est par exemple de l'ordre de 25 cm, et dans le cas présent égale à celle-ci, le fil métallique 18 est enroulé en forme d'hélice à pas constant autour de la surface extérieure du tronçon 24 et de la partie adjacente du tronçon 21 du tube d'injection 16. Le fil métallique de l'enroulement est réalisé en nickel. From the front end of the tube 16, over a length depending on the thickness of the brick 14, which is for example of the order of 25 cm, and in the present case equal to this, the metal wire 18 is wound in the form of a constant pitch helix around the outer surface of the section 24 and the adjacent part of the section 21 of the injection tube 16. The metal wire of the winding is made of nickel.
Le manchon 20, en matériau réfractaire, contenant au moins environ 95 a et de préférence environ 97 % d'alumine, s'étend depuis l'extrémité d'injection du tube 16 sur une longueur fonction de l'épaisseur de la brique et dans le cas présent égale à celle-ci. I1 enrobe ainsi l'enroulement 18 sur toute sa longueur et la partie du tube, de longueur correspondante, reçue à l'intérieur de la brique 14. Ainsi, le tube 16 se prolonge vers l'arrière au-delà du manchon 20. The sleeve 20, made of refractory material, containing at least about 95 a and preferably about 97% of alumina, extends from the injection end of the tube 16 over a length depending on the thickness of the brick and in the present case equal to this. I1 thus coats the winding 18 over its entire length and the part of the tube, of corresponding length, received inside the brick 14. Thus, the tube 16 extends backwards beyond the sleeve 20.
Afin de réaliser l'agencement représenté sur le dessin, on élabore, dans un premier temps, la lance d'injection 10. Pour cela, on réalise tout d'abord le tube d'injection 16, à partir des deux tronçons de tubes métalliques 21, 24 de diamètres différents. Les matériaux métalliques formant ces tronçons sont éventuellement de natures différentes. Pour cela, les tronçons de tube 21, 24 sont raboutés par soudage bout à bout, avec interposition du raccord 25 tubulaire ayant un diamètre intermédiaire. On comprend que, en variante, si les diamètres des tronçons 21 sont peu différents, le raccord 25 est inutile. De plus, le tube 16 peut comporter plus de deux tronçons de diamètres différents. In order to achieve the arrangement shown in the drawing, the injection lance 10 is firstly developed. For this, the injection tube 16 is first produced from the two sections of metal tubes 21, 24 of different diameters. The metallic materials forming these sections are possibly of different natures. For this, the tube sections 21, 24 are butted by butt welding, with the interposition of the tubular connector 25 having an intermediate diameter. It will be understood that, as a variant, if the diameters of the sections 21 are not very different, the fitting 25 is unnecessary. In addition, the tube 16 may include more than two sections of different diameters.
On réalise ensuite le filetage 22 de l'extrémité arrière du tube 16. The thread 22 of the rear end of the tube 16 is then produced.
On enroule alors le fil de nickel 18 depuis l'extrémité d'injection du tube, sur une longueur correspondant sensiblement à l'épaisseur de la brique 14. On enrobe ensuite la partie du tube 16 recouverte du fil métallique 18 dans un matériau réfractaire, afin de former le manchon 20 de forme extérieure cylindrique. Cet enrobage est réalisé par moulage à partir d'un matériau réfractaire contenant par exemple 97 % d'alumine, qui durcit autour du tube d'injection 16 lors du séchage. The nickel wire 18 is then wound from the injection end of the tube, over a length corresponding substantially to the thickness of the brick 14. The part of the tube 16 covered with the metal wire 18 is then coated in a refractory material, to form the sleeve 20 of cylindrical outer shape. This coating is produced by molding from a refractory material containing for example 97% alumina, which hardens around the injection tube 16 during drying.
Ainsi, l'extrémité d'injection du tube 16 affleure la paroi d'extrémité du manchon. L'extrémité d'injection peut être très légèrement en retrait par exemple de 3 mm.Thus, the injection end of the tube 16 is flush with the end wall of the sleeve. The injection end can be very slightly set back, for example by 3 mm.
Afin d'introduire la lance ainsi formée à l'intérieur de la brique 14, on réalise dans celle-ci un per çage ou ouverture 26 la traversant de part en part et dont le diamètre est sensiblement celui du manchon 20, par exemple 38 mm. On introduit à l'intérieur de celui-ci le manchon 20, de telle sorte que l'extrémité d'injection du tube 16 soit dans le plan de la face de la brique 14 en contact avec l'enceinte 12. In order to introduce the lance thus formed inside the brick 14, a hole or opening 26 is passed through it through and through and whose diameter is substantially that of the sleeve 20, for example 38 mm . The sleeve 20 is introduced inside the latter, so that the injection end of the tube 16 is in the plane of the face of the brick 14 in contact with the enclosure 12.
Suivant une variante, on réalise un perçage de la brique 14 dont les dimensions intérieures sont, au moins dans une direction, supérieures aux dimensions extérieures du manchon 20. Ce perçage a, par exemple, en section une forme oblongue. Un tel perçage permet le réglage de la direction d'injection des gaz, par orientation de la lance à l'intérieur de celui-ci. According to a variant, a drilling of the brick 14 is carried out, the internal dimensions of which are, at least in one direction, greater than the external dimensions of the sleeve 20. This drilling has, for example, in section an oblong shape. Such a drilling allows the adjustment of the direction of injection of the gases, by orientation of the lance inside thereof.
I1 a été constaté, lors d'essais d'une telle lance dans un four à verre, que même avec une température élevée, de l'ordre de 1450"C, à l'intérieur de l'enceinte 12, et en présence de gaz fortement réactifs à l'intérieur de celle-ci, le tube d'injection 16 n'est pas endommagé. En effet, le tube étant enrobé à l'intérieur du manchon 20, aucune circulation de gaz n'est possible entre la surface extérieure du tube 16 et le manchon. I1 was found, during tests of such a lance in a glass oven, that even with a high temperature, of the order of 1450 "C, inside the enclosure 12, and in the presence of highly reactive gases inside it, the injection tube 16 is not damaged, because the tube being coated inside the sleeve 20, no gas circulation is possible between the surface outside of the tube 16 and the sleeve.
Ainsi, aucun risque d'attaque chimique ou thermique n'est possible sur cette surface extérieure. Par ailleurs, la présence de l'enroulement 18 améliore l'étanchéité à l'interface entre la surface extérieure du tube 16 et le matériau réfractaire du manchon 20, renforçant ainsi la protection du tube. Une telle protection ne peut être obtenue en l'absence de manchon, si un simple tube d'injection est introduit directement au travers d'un perçage d'une brique en matériau réfractaire.Thus, no risk of chemical or thermal attack is possible on this exterior surface. Furthermore, the presence of the winding 18 improves the seal at the interface between the outer surface of the tube 16 and the refractory material of the sleeve 20, thereby strengthening the protection of the tube. Such protection cannot be obtained in the absence of a sleeve, if a simple injection tube is introduced directly through a hole in a brick made of refractory material.
Ainsi, il a été constaté que la lance peut être maintenue en position dans la brique de manière permanente sans subir de dégradation avec une circulation continue ou séquentielle du gaz injecté dans la lance. En particulier, il n'a pas été relevé de trace d'attaque thermique ou chimique lors d'une alimentation séquentielle de la lance avec des périodes d'arrêt de 20 minutes. La période d'arrêt peut même atteindre 40 minutes environ sans aucun problème. Thus, it has been found that the lance can be kept in position in the brick permanently without undergoing degradation with a continuous or sequential circulation of the gas injected into the lance. In particular, no trace of thermal or chemical attack was noted during a sequential feeding of the lance with stop periods of 20 minutes. The downtime can even reach around 40 minutes without any problems.
La lance décrite ici peut etre utilisée dans un four à très haute température pendant une longue période sans nécessiter le remplacement du tube la constituant. The lance described here can be used in an oven at very high temperature for a long period without requiring the replacement of the tube constituting it.
Cependant, si le matériau réfractaire formant le manchon 20 vient à se dégrader, il est possible, sans nécessiter un arrêt du four, d'extraire la lance de la brique dans laquelle elle est montée, de retirer le manchon 20 abimé, et de réenrober le tube 16 et l'enroulement 18 dans un nouveau manchon en matériau réfractaire. Le tube 16 peut ainsi être réutilisé, limitant le coût d'une telle opération.However, if the refractory material forming the sleeve 20 becomes degraded, it is possible, without requiring an oven stop, to extract the lance from the brick in which it is mounted, to remove the damaged sleeve 20, and to re-coat the tube 16 and the winding 18 in a new sleeve of refractory material. The tube 16 can thus be reused, limiting the cost of such an operation.
Dans la lance représentée sur le dessin, le manchon 20 contient essentiellement de l'alumine. L'alumine peut être remplacée par du zircone ou de la silice, ou par tout autre matériau combinant deux ou trois de ces éléments. De même, le fil métallique 18 peut être réalisé dans un métal différent du nickel. L'enroulement hélicoïdal de ce fil peut également être remplacé par tout autre type de motif réalisé à partir de fil métallique, une tresse d'armature par exemple. In the lance shown in the drawing, the sleeve 20 essentially contains alumina. The alumina can be replaced by zirconia or silica, or by any other material combining two or three of these elements. Likewise, the metal wire 18 can be made of a metal other than nickel. The helical winding of this wire can also be replaced by any other type of pattern made from metal wire, a braid for example.
Par ailleurs, le diamètre intérieur du tronçon d'extrémité 24 de diamètre réduit peut varier, en fonction de la vitesse d'injection du gaz recherchée, dans une plage comprise par exemple entre 1 mm et 17 mm. En outre, l'extrémité d'injection de la lance peut faire saillie à l'intérieur de l'enceinte 12. Furthermore, the internal diameter of the end section 24 of reduced diameter can vary, depending on the injection speed of the desired gas, in a range for example between 1 mm and 17 mm. In addition, the injection end of the lance can project inside the enclosure 12.
La lance décrite ici est adaptée pour injecter un gaz dans un four. Une telle lance peut également être utilisée pour introduire un combustible liquide, ou tout autre type de fluide. The lance described here is suitable for injecting a gas into an oven. Such a lance can also be used to introduce a liquid fuel, or any other type of fluid.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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| FR9507307A FR2735564B1 (en) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | LANCE FOR INJECTING A FLUID INTO AN ENCLOSURE, METHOD FOR INSTALLING THE SAME AND OVEN BRICK COMPRISING SAME |
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| FR9507307A FR2735564B1 (en) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | LANCE FOR INJECTING A FLUID INTO AN ENCLOSURE, METHOD FOR INSTALLING THE SAME AND OVEN BRICK COMPRISING SAME |
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ID=9480143
Family Applications (1)
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|---|---|
| FR2735564B1 (en) | 1997-07-25 |
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