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WO1998008983A1 - Dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage a un collecteur - Google Patents

Dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage a un collecteur Download PDF

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Publication number
WO1998008983A1
WO1998008983A1 PCT/EP1997/003423 EP9703423W WO9808983A1 WO 1998008983 A1 WO1998008983 A1 WO 1998008983A1 EP 9703423 W EP9703423 W EP 9703423W WO 9808983 A1 WO9808983 A1 WO 9808983A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coupling
lance
piston
pressure
manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1997/003423
Other languages
English (en)
Inventor
Hubert Stomp
Serge Devillet
Fred Parasch
Daniel Fries
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Paul Wurth SA
Original Assignee
Paul Wurth SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paul Wurth SA filed Critical Paul Wurth SA
Priority to JP10511202A priority Critical patent/JP2000516998A/ja
Priority to BR9711249A priority patent/BR9711249A/pt
Priority to DE69701992T priority patent/DE69701992T2/de
Priority to EP97930463A priority patent/EP0922117B1/fr
Priority to AT97930463T priority patent/ATE192781T1/de
Priority to PL97331943A priority patent/PL184089B1/pl
Priority to AU34408/97A priority patent/AU714387B2/en
Publication of WO1998008983A1 publication Critical patent/WO1998008983A1/fr
Priority to US09/255,840 priority patent/US6086818A/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C21C5/462—Means for handling, e.g. adjusting, changing, coupling

Definitions

  • the present invention relates to a device for coupling a metallurgical blowing lance to a manifold.
  • the blowing lances are used for example for the conversion of cast iron to steel by blowing oxygen on the metal bath in a converter.
  • the blowing lances are generally cooled using a cooling fluid, for example water, which circulates in a cooling circuit.
  • a lance generally comprises two annular chambers which are arranged coaxially around the oxygen channel of the lance and connected in the region of the lance nose so as to form an annular supply and return channel. , for the coolant. It follows that during its operation, such a lance must be connected to at least three pipes conveying the cooling and blowing fluids.
  • the blowing lances must be changed due to wear after a specified period of use.
  • Such devices include a coupling head with a first coupling surface and a clamping device for sealingly pressing the first coupling surface on a second coupling surface of the lance.
  • the coupling head comprises several coaxial channels, the first end of which is connected to one of the conduits carrying the cooling and blowing fluids and the second end of which opens into the first coupling surface.
  • the coaxial channels of the lance open into the second mating surface, so that after establishing ment of the sealed contact between the two elements by means of the clamping device a transfer of fluids is made possible at the head-lance junction.
  • Document DE-A-25 12 487 thus proposes a coupling device in which the lance is suspended from the coupling head and fixed to the latter using two tightening bolts and attached nuts.
  • the bolts are mounted at the coupling head so as to tilt laterally and are engaged in two notches in a flange secured to the lance. The force necessary for the tight connection between the two coupling surfaces is then established by tightening the two nuts.
  • This device although very simple and compact, however has some drawbacks.
  • the change of the lance requires on the one hand manual work, such as the manual loosening and tightening of the bolts, which implies a risk of accident taking into account the environment in which these works are located and on the other hand, the fixed nature of the sealing manner, that is to say the direct clamping of the two coupling surfaces, poses a problem during sudden variations in the pressure of the cooling and blowing fluids.
  • Such variations which occur for example in transient conditions in the form of water hammer, propagate through the cooling system and can cause a temporary interruption in the seal at the joint between the coupling head and the lance.
  • a remedy for such a break would be to tighten the nuts further to increase the bearing force of the two mating surfaces.
  • the clamping force of the two coupling surfaces cannot be increased indefinitely so as not to destroy the sealing surfaces of the coupling surfaces.
  • the object of the present invention is to provide a coupling device for a blowing lance, making it possible to dynamically adapt the pressure force between the manifold and the lance as a function of pressure variations in the cooling fluids and / or blowing.
  • this objective is achieved by a device for coupling a blowing lance to a manifold, in which the force necessary to a sealed junction between the manifold and the lance is exerted by the cooling fluid and / or blowing fluid.
  • the pressure force between the lance and the collector is not exerted in a fixed manner by a conventional clamping means but it is exerted dynamically by one of the fluids necessary for the functioning of the lance.
  • said cooling fluid and / or blowing fluid acts via a pressure surface on the junction between the manifold and the lance. It is known that the pressure force between the manifold and the lance is proportional to the pressure of the fluid and to the area of the pressure surface. It is obvious that we are talking here about the effective area of the pressure surface. The value of the pressure force for a certain pressure of the fluid can therefore be predetermined by the dimensioning of said pressure surface.
  • the pressure surface is for example integral with a piston which transmits the pressure force at said junction.
  • the lance has a first coupling surface
  • the manifold has a second coupling surface and one of said two coupling surfaces is integral with said piston and opposite the pressure surface.
  • the piston can as well constitute a part of the lance as of the collector. It comprises one of the two coupling surfaces necessary for the junction and tightens the latter in leaktight manner against the other of said two coupling surfaces.
  • the piston is embedded in a recess in the manifold so as to delimit by said pressure surface a pressure chamber at the bottom of said recess. In this way, the pressure chamber can be connected directly to the supply line for the cooling and / or blowing fluid.
  • the fact of integrating the piston into the collector also makes it possible to reduce the investment costs since a refining unit comprises several lances for a single collector.
  • the piston is executed in such a way that said pressure force exerted by said piston is greater than the reaction force acting on the junction plane between said manifold and said lance.
  • the difference between the seal obtained by the pressure force and the necessary seal, which constitutes the safety margin increases as the pressure of the cooling and / or blowing fluid increases.
  • a preferred embodiment of the invention consists of a device for coupling a blowing lance to a manifold which is connected to pipes conveying blowing and cooling fluids, the lance comprising first channels for said fluids which extend through said lance and which open at one end into a first mating surface, the manifold comprising second channels for said fluids, each of said second channels being associated with one of said first channels, being in connection with one of said conduits and opening at one end into a second coupling surface, said second coupling surface being associated with said first coupling surface and capable of being pressed against the latter by means of a clamping means so as to form a sealed junction between said first and second associated channels.
  • Said manifold comprises a coupling head and said second coupling surface is integral with a piston which is embedded in an axial recess of said coupling block so as to delimit by a pressure surface a pressure chamber at the bottom of said recess , said pressure surface of the piston being opposite to the second coupling surface.
  • a supply line is connected to said pressure chamber so that the fluid supplied by said supply line exerts pressure on said pressure surface and therefore the piston exerts a pressure force on said first coupling surface.
  • this device makes it possible to dynamically compensate for sudden variations in fluid pressures and to automatically adapt to a high speed, that is to say to high fluid pressures, while retaining a safety margin in the form of the minimum required seal established by the clamping means.
  • the device comprises hooking means for suspending the lance from said coupling head.
  • Said hooking means include eg hooks which are pivotally mounted on said coupling head and which can engage pins extending radially from said lance.
  • said attachment means comprise locking rods which are pivotally mounted on said coupling head as well as a radial flange on said lance on the side of the first coupling surface, said radial flange having radial notches intended to receive the locking rods so that the heads of said locking rods bear on the side of said flange which is opposite to the first surface coupling.
  • Attachment using locking rods is particularly advantageous in that it minimizes the piston stroke. Indeed, to replace a hooked lance, the lance must be moved a certain distance towards the coupling head until the heads of the locking rods can pass the lower edge of said flange in order to be spread laterally. As the piston rests on the lance, it must also be moved the same distance, which must be done if necessary against the action of the clamping means. It is therefore advisable to limit the distance of movement in order to limit the work to be carried out to move the piston, for example against the action of the clamping means or its weight.
  • Said clamping means preferably comprises springs which are arranged between the coupling head and said piston, said springs being prestressed when the lance is hooked to the coupling head.
  • one of said two coupling surfaces advantageously comprises an axially projecting annular edge extending axially, said annular edge having an inside diameter which is substantially equal to the outside diameter of the another of said mating surfaces.
  • FIG. 1 shows a vertical cross section of a coupling for blowing lances. It comprises a coupling head 2 which is connected to pipes for cooling and blowing fluids (not shown) on which a blowing lance 4 is hung.
  • the lance 4 comprises a central channel 6 for a blowing gas, eg oxygen, which is surrounded coaxially by two chambers 8, 10 with annular sections.
  • the two chambers 8 and 10 are connected in the region of the lance nose 4 (not shown) so as to form a supply channel 8 and a return channel 10 with annular sections for the coolant.
  • the spear could include additional channels for other blowing gases. These channels would then be located coaxially between the central channel and the channels of the cooling circuit.
  • the channels 6, 8 and 10 open into a first coupling surface 12 which is associated with a second coupling surface 14 of the coupling head 2.
  • the channels 6, 8 and 10 then form coaxial annular mouths which are separated radially by the annular end faces of the tubular walls 16, 18 and 20 of the different channels.
  • the walls 16, 18 and 20 are reinforced in the region of the first coupling surface 12 and their front faces are executed in the form of sealing surfaces.
  • the first coupling surface 12 In order to allow a transfer of the cooling and blowing fluids from the coupling head 2 to the lance 4, the first coupling surface 12 must be pressed in leaktight manner against the second coupling surface 14 and a connection between the channels 6, 8 and 10 and the lines carrying the respective cooling and blowing fluids must be established.
  • the coupling head 2 advantageously comprises a piston 22 which is mounted axially sliding in a recess 24 in the coupling head 2 and can establish tight contact with the first coupling surface 12 under the action of a clamping means 25.
  • This piston 22 then has the second coupling surface 14 on its end oriented towards the lance 4 and comprises channels 26, 28 and 30 for the cooling and blowing fluids which are assigned to the channels 6, 8 and 10 of the lance 4.
  • One end of each channel 26, 28 and 30 opens in such a way in the second coupling surface 14 that the mouths of channels 6, 8 and 10 in the first surface coupling 12 and the mouths of the respective channels 26, 28 and 30 in the second coupling surface 14 are superimposed exactly during coupling.
  • the mouths of the channels 26, 28 and 30 in the second coupling surface 14 are separated, similarly to the mouths of the channels 6, 8 and 10 in the first coupling surface 12, by annular end faces of tubular walls separating the different channels 26, 28 and 30. These annular end faces are then also executed in the form of sealing surfaces and, during the coupling, bear on the respective annular front faces in the first coupling surface 12.
  • the clamping means 25 which presses the second coupling surface 14 of the piston 22 against the first coupling surface 12 of the lance preferably comprises springs which are arranged in a groove on the front surface of the coupling head 2 and bear against a radial projection 27 of the piston. These springs 25 are then prestressed during coupling of the lance 4 and thus exert a force on the piston 22 in the direction of the lance 4. It is obvious that any other clamping means would be suitable for pressing the piston 22 against the lance 4 , eg hydraulic cylinders, worms operated by any motor, etc. or a combination of these.
  • the piston 22 On its end opposite to the second coupling surface 14, the piston 22 has a pressure surface 32 by which it delimits a pressure chamber 34 in the bottom of the recess 24.
  • the lance 4 is supplied with coolant.
  • the coolant supply channel 28 opens into the pressure surface 32 so as to be in connection with the pressure chamber 34.
  • the coolant return channel 30 advantageously opens into an annular chamber 38 , delimited by a circumferential groove 40 in the piston and the side wall of the recess 24.
  • This annular chamber 38 is then connected to a connection pipe to the return pipe of the coolant 42. It should be noted that the dimension axial of the circumferential groove 40 is greater than the axial dimension of the mouth of the discharge pipe 42 so that the mouth of the discharge pipe 42 is not blocked by the lateral surface of the piston during the axial displacement of this one.
  • the channel 26 of the blowing fluid opens into the pressure surface 32 of the piston 22 and is tightly extended through the pressure chamber 34 by means of a tube 44, one end of which is slidably and tightly embedded in said channel 26 and the other end of which extends through the bottom of the recess 24 to exit at the top of the coupling head 2, where it ends in a connection pipe 46 to the fluid line blowing.
  • a tube 44 one end of which is slidably and tightly embedded in said channel 26 and the other end of which extends through the bottom of the recess 24 to exit at the top of the coupling head 2, where it ends in a connection pipe 46 to the fluid line blowing.
  • the junction between the tube 44 and the channel 26 is sealed using several annular seals 48 arranged around the embedded end of the tube 44.
  • the pressure chamber 34 and the annular chamber 38 are sealed by means of O-rings which are arranged, for example, in circumferential grooves of the piston 22.
  • An alternative embodiment for connecting the channel 26 to the respective supply line consists in extending the channel 26 to- beyond the pressure surface 32 so that it passes through the pressure chamber 34 and extends through a bore in the bottom of the recess 24 to exit at the top of the coupling head 2.
  • the channel 26 is guided through the bore in the bottom of the recess in a sealed and axially sliding manner. Outside the coupling head 2, the channel 26 can then be connected to the supply gas supply line by means of a flexible compensator, which makes it possible to make a tight connection capable of '' adapt to the axial displacements of channel 26.
  • the lance is brought by a bridge or an ad hoc manipulator which positions it with its coupling surface 12 below the coupling surface 14 of the coupling head 2 so that the axes of the lance 4 and the coupling head 2 are aligned. Under the action of its weight resp. of the clamping means 25, the piston 22 and consequently the second coupling surface 14 are at this instant in their lowest position relative to the coupling head 2. The lance 4 is then lifted until that the two mating surfaces 12 and 14 come into contact.
  • one of the two surfaces in fig. 1 the first mating surface 12
  • one of the two surfaces includes an annular edge 48 which extends axially and has an inside diameter which is substantially equal to the outside diameter of the other of said coupling surfaces 14.
  • the lance 4 is raised further and the piston 22 is moved against the action of the springs 25.
  • the lance 4 is then advantageously hooked by two locking rods 50 which are mounted on either side of the coupling head 2 and are received by two notches 52 of a radial flange 54 of the lance 4, so that the heads 56 of the locking rods 50 bear on the lower surface of the flange 54.
  • the locking rods 50 are mounted at the coupling head 2 in a pivoting manner so that their heads 56 can be moved laterally (as shown in fig.).
  • This device therefore makes it possible to dynamically compensate for sudden variations in fluid pressures and to automatically adapt to a high speed.
  • the piston can be subjected to the pressure of the blowing gas as well as to the pressure of the cooling fluid.

Landscapes

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Abstract

Un dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage à un collecteur est présenté, dans lequel la force nécessaire à une jonction étanche entre le collecteur (2) et la lance (4) est exercée par un fluide de refroidissement et/ou un fluide de soufflage. Dans une exécution préférée, ledit fluide de refroidissement et/ou le fluide de soufflage agit par l'intermédiaire d'une surface de pression (32) sur la jonction entre le collecteur (2) et la lance (4), la surface de pression (32) étant solidaire d'un piston (22) qui transmet la force de pression à ladite jonction. La lance (4) présente de préférence une première surface d'accouplement (12), en ce que le collecteur (2) présente une deuxième surface d'accouplement (14), et en ce que l'une desdites deux surfaces d'accouplement (12 ou 14) est solidaire dudit piston (22).

Description

Dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage à un collecteur.
La présente invention concerne un dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage métallurgique à un collecteur.
Les lances de soufflage sont utilisées par exemple pour la conversion de fonte en acier par insufflation d'oxygène sur le bain métallique dans un convertisseur. Pour éviter un endommagement précoce des lances dû aux températures élevées dans le convertisseur, les lances de soufflage sont généralement refroidies à l'aide d'un fluide de refroidissement, de l'eau par exemple, qui circule dans un circuit de refroidissement. A cette fin, une lance comporte en général deux chambres annulaires qui sont disposées coaxialement autour du canal d'oxygène de la lance et reliées dans la région du nez de lance de façon à former un canal d'alimentation et un canal de retour, annulaires, pour le fluide de refroidissement. Il s'en suit que pendant son fonctionnement, une telle lance doit être raccordée à au moins trois conduites véhiculant les fluides de refroidissement et de soufflage. Les lances de soufflage doivent être changées pour cause d'usure après une durée d'utilisation déterminée. En vue du remplacement rapide et facile d'une lance endommagée par une lance nouvelle, de nombreux dispositifs ont été proposés pour automatiser en partie le raccordement de la lance aux conduites nécessaires à son fonctionnement, c'est-à-dire pour permettre le raccordement concomitant de toutes les conduites nécessaires. De tels dispositifs comprennent une tête d'accouplement avec une première surface d'accouplement et un dispositif de serrage pour presser de manière étanche la première surface d'accouplement sur une deuxième surface d'accouplement de la lance. La tête d'accouplement comprend plusieurs canaux coaxiaux dont la première extré- mité est reliée à une des conduites véhiculant les fluides de refroidissement et de soufflage et dont la deuxième extrémité débouche dans la première surface d'accouplement. De façon similaire, les canaux coaxiaux de ia lance débouchent dans la deuxième surface d'accouplement, de sorte qu'après établisse- ment du contact étanche entre les deux éléments au moyen du dispositif de serrage un transfert des fluides est rendu possible à la jonction tête-lance.
Ainsi le document DE-A-25 12 487 propose un dispositif d'accouplement dans lequel la lance est suspendue à la tête d'accouplement et fixée à celle-ci à l'aide de deux boulons de serrage et d'écrous adjoints. Les boulons sont montés au niveau de la tête d'accouplement de manière à basculer latéralement et sont engagés dans deux encoches d'une bride solidaire de la lance. La force nécessaire à la jonction étanche entre les deux surfaces d'accouplement est alors établie par serrage des deux écrous. Ce dispositif bien que très simple et compact présente cependant quelques inconvénients. En effet, le changement de la lance nécessite d'une part des travaux manuels, comme le desserrage et le serrage manuels des boulons, ce qui implique un risque d'accident compte tenu de l'environnement dans lequel ces travaux se situent et d'autre part, le caractère fixe de la manière d'étanchéi- fication, c'est-à-dire le serrage direct des deux surfaces d'accouplement, pose un problème lors de variations brusques de pression des fluides de refroidissement et de soufflage. De telles variations qui se produisent par exemple en régime transitoire sous forme de coups de bélier se propagent à travers le système de refroidissement et peuvent provoquer une interruption passagère de l'étanchéité au niveau du joint entre la tête d'accouplement et la lance. Un remède contre une telle rupture serait de serrer davantage les écrous afin d'augmenter la force d'appui des deux surfaces d'accouplement. Cependant la force de serrage des deux surfaces d'accouplement ne peut pas être augmentée indéfiniment afin de ne pas détruire les surfaces d'étanchéité des surfaces d'accouplement.
L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'accouplement pour une lance de soufflage, permettant d'adapter dynamiquement la force de pression entre le collecteur et la lance en fonction des variations de pression dans les fluides de refroidissement et/ou de soufflage. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage à un collecteur, dans lequel la force nécessaire à une jonction étanche entre le collecteur et la lance est exercée par le fluide de refroidissement et/ou fluide de soufflage. Dans un tel dispositif, la force de pression entre la lance et le collecteur n'est pas exercée de manière fixe par un moyen de serrage conventionnel mais elle est exercée de manière dynamique par un des fluides nécessaires au fonctionnement de la lance. Ceci fait que la force de pression entre le collecteur et la lance varie en fonction de la pression du fluide en question. En conséquence, des variations brusques dans les pressions des fluides peuvent être compensées de façon dynamique de sorte que même des coups de bélier très violents ne conduisent pas à un risque de rupture de l'étanchéité du système. De plus, aucun ajustement de la force de serrage du moyen de serrage n'est requis lors de l'utilisation du dispositif à régime élevé, c'est-à-dire à des pressions de fluides élevées. En effet, l'adaptation dynamique de la force d'appui des deux surfaces d'accouplement augmente la force de pression de manière automatique dès que la pression des fluides augmente et conserve ainsi une étanchéité de base préétablie avec une certaine marge de sécurité.
Dans une exécution préférée, ledit fluide de refroidissement et/ou fluide de soufflage agit par l'intermédiaire d'une surface de pression sur la jonction entre le collecteur et la lance. Il est connu, que la force de pression entre le collecteur et la lance est proportionnelle à la pression du fluide et à l'aire de la surface de pression. Il est évident qu'on parle ici de l'aire effective de la surface de pression. La valeur de la force de pression pour une certaine pression du fluide peut donc être prédéterminé par le dimensionnement de ladite surface de pression.
La surface de pression est p.ex. solidaire d'un piston qui transmet la force de pression à ladite jonction. De préférence, la lance présente une première surface d'accouplement, le collecteur présente une deuxième surface d'accouplement et l'une desdites deux surfaces d'accouplement est solidaire dudit piston et opposée à la surface de pression. Le piston peut aussi bien constituer une partie de la lance que du collecteur. Il comprend une des deux surfaces d'accouplement nécessaires à la jonction et serre celle-ci de manière étanche contre l'autre desdites deux surfaces d'accouplement. Dans une exécution préférée, le piston est encastré dans un évidement du collecteur de façon à délimiter par ladite surface de pression une chambre de pression au fond dudit évidement. De cette manière, la chambre de pression peut être connectée directement à la conduite d'alimentation du fluide de refroidissement et/ou de soufflage. Le fait d'intégrer le piston dans le collecteur permet par ailleurs de diminuer les coûts d'investissement étant donné qu'une unité d'affinage comprend plusieurs lances pour un seul collecteur.
Avantageusement le piston est exécuté de telle manière que ladite force de pression exercée par ledit piston est supérieure à la force de réaction agissant sur le plan de jonction entre ledit collecteur et ladite lance. Dans ce cas, la différence entre l'étanchéité obtenue par la force de pression et l'étanchéité nécessaire, qui constitue la marge de sécurité, augmente au fur et à mesure que la pression du fluide de refroidissement et/ou de soufflage augmente.
Une réalisation préférentielle de l'invention consiste en un dispositif d'accou- plement d'une lance de soufflage à un collecteur qui est raccordée à des conduites véhiculant des fluides de soufflage et de refroidissement, la lance comprenant des premiers canaux pour lesdits fluides qui s'étendent à travers ladite lance et qui débouchent à une extrémité dans une première surface d'accouplement, le collecteur comprenant des deuxièmes canaux pour lesdits fluides, chacun desdits deuxièmes canaux étant associé à un desdits premiers canaux, étant en connexion avec une desdites conduites et débouchant à une extrémité dans une deuxième surface d'accouplement, ladite deuxième surface d'accouplement étant associée à ladite première surface d'accouplement et pouvant être pressée contre celle-ci à l'aide d'un moyen de serrage de manière à former une jonction étanche entre lesdits premiers et deuxièmes canaux associés. Ledit collecteur comprend une tête d'accouplement et ladite deuxième surface d'accouplement est solidaire d'un piston qui est encastré dans un évidement axial dudit bloc d'accouplement de façon à délimiter par une surface de pression une chambre de pression au fond dudit évidement, ladite surface de pression du piston étant opposée à la deuxième surface d'accouplement. Une conduite d'alimentation est en connexion avec ladite chambre de pression de telle sorte que le fluide alimenté par ladite conduite d'alimentation exerce une pression sur ladite surface de pression et que par conséquent le piston exerce une force de pression sur ladite première surface d'accouplement.
Dans ce dispositif, une partie seulement de la force d'appui nécessaire à la jonction étanche entre la tête d'accouplement et la lance est exercée par un moyen de serrage conventionnel, c'est-à-dire de manière fixe. Il s'agit d'une certaine force de pression de base qui garantit l'étanchéité minimale requise. Lors de l'affinage, la pression du fluide alimenté par la conduite en connexion avec la chambre de pression, de préférence le fluide de refroidissement, exerce une pression sur la surface de pression du piston et par conséquent le piston exerce une force de pression sur la première surface d'accouplement de la lance. En raison des surfaces de pressions effectives pour les fluides et de la perte de charge dans le système de refroidissement entre la conduite d'alimentation et la conduite de retour, cette force de pression est supérieure ou égale à la force de réaction exercée sur la jonction entre la tête d'accouplement et la lance. Il en résulte une augmentation de la force d'appui des deux surfaces d'accouplement et par conséquent de l'étanchéité de l'accouplement. Comme décrit plus haut, ce dispositif permet de compenser de façon dynamique des variations brusques dans les pressions de fluides et de s'adapter automatiquement à un régime élevé, c'est-à-dire à des pressions de fluides élevées, tout en conservant une marge de sécurité sous la forme de l'étanchéité minimale requise établie par les moyens de serrage.
Dans une réalisation préférée de l'invention, le dispositif comprend des moyens d'accrochage pour suspendre la lance à ladite tête d'accouplement. Lesdits moyens d'accrochage comprennent p.ex. des crochets qui sont montés de manière pivotante sur ladite tête d'accouplement et qui peuvent enclencher des tourillons s'étendant radialement à partir de ladite lance. Dans une autre exécution, lesdits moyens d'accrochage comprennent des tiges de blocage qui sont montées de manière pivotante sur ladite tête d'accouplement ainsi qu'une bride radiale sur ladite lance du côté de la première surface d'accouplement, ladite bride radiale présentant des encoches radiales destinées à recevoir les tiges de blocage de sorte que les têtes desdites tiges de blocage prennent appui sur le côté de ladite bride qui est à l'opposé de la première surface d'accouplement. Ces deux exécutions de moyens d'accrochage suppriment la nécessité de travaux manuels tels que le serrage et le desserrage d'écrous. L'accrochage se fait plus rapidement et constitue moins de risques pour le personnel. La fixation à l'aide de tiges de blocage est particulièrement avanta- geuse du fait qu'elle permet de réduire au minimum la course du piston. En effet, pour remplacer une lance accrochée, la lance doit être déplacée d'une certaine distance en direction de la tête d'accouplement jusqu'à ce que les têtes des tiges de blocage puissent passer le bord inférieur de ladite bride afin d'être écartées latéralement. Comme le piston s'appuie sur la lance, il doit également être déplacé de la même distance, ce qui doit se faire le cas échéant contre l'action du moyen de serrage. Il convient donc de limiter la distance de déplacement afin de limiter le travail devant être effectué pour déplacer ie piston par exemple contre l'action du moyen de serrage ou de son poids.
Ledit moyen de serrage comprend de préférence des ressorts qui sont disposés entre la tête d'accouplement et ledit piston, lesdits ressorts étant précontraints lors de l'accrochage de la lance à la tête d'accouplement.
Afin de faciliter la centrage desdites deux surfaces d'accouplement, l'une desdites deux surfaces d'accouplement comprend avantageusement un bord annulaire en saillie s'étendant axialement, ledit bord annulaire présentant un diamètre intérieur qui est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'autre desdites surfaces d'accouplement.
Un peu plus loin, un mode de réalisation préféré de l'invention est décrit à l'aide de la figure 1 qui montre une coupe transversale verticale d'un accouplement pour lances de soufflage. Il comprend une tête d'accouplement 2 qui est raccordée à des conduites de fluides de refroidissement et de soufflage (non représentées) sur laquelle une lance de soufflage 4 est accrochée. La lance 4 comprend un canal central 6 pour un gaz de soufflage, p.ex. l'oxygène, qui est entouré coaxialement par deux chambres 8, 10 à sections annulaires. Les deux chambres 8 et 10 sont reliées dans la région du nez de lance 4 (non représen- tée) de façon à former un canal d'alimentation 8 et un canal de retour 10 à sections annulaires pour le fluide de refroidissement. Il est à noter que la lance pourrait comprendre des canaux supplémentaires pour d'autres gaz de soufflage. Ces canaux se situeraient alors coaxialement entre le canal central et les canaux du circuit de refroidissement.
Sur l'extrémité d'accouplement de la lance 4, les canaux 6, 8 et 10 débouchent dans une première surface d'accouplement 12 qui est associée à une deuxième surface d'accouplement 14 de la tête d'accouplement 2. Dans ladite première surface d'accouplement 12, les canaux 6, 8 et 10 forment alors des embouchures annulaires coaxiales qui sont séparées radialement par les faces frontales annulaires des parois tubulaires 16, 18 et 20 des différents canaux. Les parois 16, 18 et 20 sont renforcées dans la région de la première surface d'accouplement 12 et leurs faces frontales sont exécutées sous forme de surfaces d'étanchéité.
Afin de permettre un transfert des fluides de refroidissement et de soufflage de la tête d'accouplement 2 vers la lance 4, la première surface d'accouplement 12 doit être pressée de manière étanche contre la deuxième surface d'accouplement 14 et une connexion entre les canaux 6, 8 et 10 et les conduites véhiculant les fluides de refroidissement et de soufflage respectives doit être établie.
Pour ce faire, la tête d'accouplement 2 comprend avantageusement un piston 22 qui est monté de manière axialement coulissante dans un évidement 24 de la tête d'accouplement 2 et peut établir un contact étanche avec la première surface d'accouplement 12 sous l'action d'un moyen de serrage 25. Ce piston 22 présente alors la deuxième surface d'accouplement 14 sur son extrémité orientée vers la lance 4 et comprend des canaux 26, 28 et 30 pour les fluides de refroidissement et de soufflage qui sont affectés aux canaux 6, 8 et 10 de la lance 4. Une des extrémités de chaque canal 26, 28 et 30 débouche de telle façon dans la deuxième surface d'accouplement 14 que les embouchures des canaux 6, 8 et 10 dans la première surface d'accouplement 12 et les embouchures des canaux 26, 28 et 30 respectives dans la deuxième surface d'accouplement 14 se superposent exactement lors de l'accouplement. Dans ce cas-ci, les embouchures des canaux 26, 28 et 30 dans la deuxième surface d'accouplement 14 sont séparées, semblablement aux embouchures des canaux 6, 8 et 10 dans la première surface d'accouplement 12, par des faces frontales annulaires de parois tubulaires séparant les différents canaux 26, 28 et 30. Ces faces frontales annulaires sont alors également exécutées sous forme de surfaces d'étanchéité et, lors de l'accouplement, prennent appui sur les faces frontales annulaires respectives dans la première surface d'accouplement 12.
Le moyen de serrage 25 qui presse la deuxième surface d'accouplement 14 du piston 22 contre la première surface d'accouplement 12 de la lance comprend de préférence des ressorts qui sont disposés dans une rainure de la surface frontale de la tête d'accouplement 2 et s'appuient contre une saillie radiale 27 du piston. Ces ressorts 25 sont alors précontraints lors de l'accouplement de la lance 4 et exercent ainsi une force sur le piston 22 en direction de la lance 4. Il est évident que tout autre moyen de serrage conviendrait pour presser le piston 22 contre la lance 4, p.ex. des vérins hydrauliques, des vis sans fin actionnées par un moteur quelconque, etc. ou une combinaison de ceux-ci. Sur son extrémité opposée à la deuxième surface d'accouplement 14, le piston 22 présente une surface de pression 32 par laquelle il délimite une chambre de pression 34 dans le fond de l'évidement 24. A travers cette chambre de pression 34, qui dans l'exemple représenté est connectée à la conduite d'alimentation en fluide de refroidissement par l'intermédiaire d'un tuyau de raccordement 36, la lance 4 est alimentée en fluide de refroidissement. A cette fin, le canal 28 d'alimentation en fluide de refroidissement débouche dans la surface de pression 32 de façon à être en connexion avec la chambre de pression 34. Le canal 30 de retour du fluide de refroidissement débouche avantageusement dans une chambre annulaire 38, délimitée par une gorge circonférentielle 40 dans le piston et la paroi latérale de l'évidement 24. Cette chambre annulaire 38 est alors connectée à un tuyau de raccordement à la conduite de retour du fluide de refroidissement 42. Il est à noter que la dimension axiale de la gorge circonférentielle 40 est supérieure à la dimension axiale de l'embouchure du tuyau d'évacuation 42 de sorte que l'embouchure du tuyau d'évacuation 42 n'est pas obturée par la surface latérale du piston lors du déplacement axial de celui-ci. Le canal 26 du fluide de soufflage débouche dans la surface de pression 32 du piston 22 et est prolongé de manière étanche à travers la chambre de pression 34 par l'intermédiaire d'un tube 44, dont une extrémité est encastrée de manière coulissante et étanche dans ledit canal 26 et dont l'autre extrémité s'étend à travers le fond de l'évidement 24 pour sortir en haut de la tête d'accouplement 2, où il se termine dans un tuyau de raccordement 46 à la conduite du fluide de soufflage. Il est à noter que la jonction entre le tube 44 et le canal 26 est rendue étanche à l'aide de plusieurs joints annulaires 48 disposés autour de l'extrémité encastrée du tube 44. De même, la chambre de pression 34 et la chambre annulaire 38 sont rendues étanches à l'aide de joints toriques qui sont disposés p.ex. dans des rainures circonférentielles du piston 22. Une exécution alternative pour la connexion du canal 26 à la conduite d'alimentation respective consiste à prolonger le canal 26 au-delà de la surface de pression 32 de sorte qu'il traverse la chambre de pression 34 et s'étend à travers un alésage dans le fond de l'évidement 24 pour sortir en haut de la tête d'accouplement 2. Dans ce cas-ci le canal 26 est guidé à travers l'alésage dans le fond de l'évidement de manière étanche et axialement coulissant. A l'extérieur de la tête d'accouplement 2, le canal 26 peut ensuite être relié à la conduite d'alimentation du gaz de soufflage par l'intermédiaire d'un compensateur flexible, qui permet de réaliser une connexion étanche et capable à s'adapter aux déplacements axiaux du canal 26.
Pour accoupler une lance 4 à ce dispositif d'accouplement, la lance est amenée par un pont ou un manipulateur ad hoc qui la positionne avec sa surface d'accouplement 12 au-dessous de la surface d'accouplement 14 de la tête d'accouplement 2 de sorte que les axes de la lance 4 et de la tête d'accouplement 2 sont alignés. Sous l'action de son poids resp. du moyen de serrage 25, le piston 22 et par conséquent la deuxième surface d'accouplement 14 se trouvent à ce instant dans leur position la plus basse par rapport à la tête d'accouplement 2. La lance 4 est ensuite soulevée jusqu'à ce que les deux surfaces d'accouplement 12 et 14 entrent en contact. Pour faciliter le centrage des deux surfaces d'accouplement 12 et 14, l'une des deux surfaces (dans la fig.1 la première surface d'accouplement 12) comprend un bord annulaire 48 qui s'étend axialement et présente un diamètre intérieur qui est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'autre desdites surfaces d'accouplement 14.
Après établissement du contact entre les deux surfaces d'accouplement, la lance 4 est soulevée davantage et le piston 22 est déplacé contre l'action des ressorts 25. Il est à noter que le poids du collecteur et de son équipement périphérique agit ici comme contre-force, de sorte que les ressorts 25 peuvent être précontraints d'une force substantiellement équivalente à ce poids. La lance 4 est ensuite avantageusement accrochée par deux tiges de blocage 50 qui sont montées de part et d'autre de la tête d'accouplement 2 et sont reçues par deux encoches 52 d'une bride radiale 54 de la lance 4, de sorte que les têtes 56 des tiges de blocage 50 prennent appui sur la surface inférieure de la bride 54. Afin de pouvoir enlever la lance 4, les tiges de blocage 50 sont montées au niveau de la tête d'accouplement 2 de manière pivotante de sorte que leurs têtes 56 peuvent être écartées latéralement (comme indiqué sur la fig.).
De cette manière, un accouplement "de base" est réalisé sous l'action des ressorts 25 qui présente une étanchéité minimale nécessaire pour démarrer l'alimentation en fluide de refroidissement. Lors de l'alimentation en fluide de refroidissement, la pression du fluide de refroidissement exerce une pression sur la surface de pression 32 du piston 22 et par conséquent le piston 22 exerce une force de pression sur la première surface d'accouplement 12 de la lance 4. Il sera évident pour l'homme de l'art de dimensionner le piston 22 de telle manière qu'en raison des surfaces de pressions effectives pour les fluides et de la perte de charge dans le système de refroidissement entre la conduite d'alimentation et la conduite de retour, la force de pression exercée par le piston soit supérieure ou égale à la force de réaction exercée sur la jonction entre la tête d'accouplement et la lance. Dans ce cas-ci, il en résulte une augmentation de la force d'appui des deux surfaces d'accouplement et par conséquent de l'étanchéité de l'accouplement. Ce dispositif permet donc de compenser de façon dynamique des variations brusques dans les pressions de fluides et de s'adapter automatiquement à un régime élevé. Il faut encore remarquer que le piston peut aussi bien être soumis à la pression du gaz de soufflage qu'à la pression du fluide de refroidissement.

Claims

Revendications
1. Dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage à un collecteur caractérisé en ce que la force nécessaire à une jonction étanche entre le collecteur (2) et la lance (4) est exercée par un fiuide de refroidissement et/ou un fluide de soufflage.
2. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit fluide de refroidissement et/ou le fluide de soufflage agit par l'intermédiaire d'une surface de pression (32) sur la jonction entre le collecteur (2) et la lance (4).
3. Dispositif d'accouplement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de pression (32) est solidaire d'un piston (22) qui transmet la force de pression à ladite jonction.
4. Dispositif d'accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lance (4) présente une première surface d'accouplement (12), en ce que le collecteur (2) présente une deuxième surface d'accouplement (14), et en ce que l'une desdites deux surfaces d'accouplement (12 ou 14) est solidaire dudit piston (22).
5. Dispositif d'accouplement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le piston (22) est encastré dans un évidement (24) du collecteur de fa- çon à délimiter par ladite surface de pression (32) une chambre de pression
(34) au fond dudit évidement (24).
6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le piston (22) est exécuté de telle manière que ladite force de pression exercée par ledit piston (22) est supérieure à la force de réaction agissant sur le plan de jonction dudit collecteur (2) et de la lance (4).
7. Dispositif d'accouplement d'une lance de soufflage à un collecteur qui est raccordée à des conduites véhiculant des fluides de soufflage et de refroidissement, la lance (4) comprenant des premiers canaux (6, 8, 10) pour iesdits fluides qui s'étendent à travers ladite lance (4) et qui débouchent à une extrémité dans une première surface d'accouplement (12), le collecteur comprenant des deuxièmes canaux (26, 28, 30) pour lesdits fluides, chacun desdits deuxièmes canaux (26, 28, 30) étant associé à un desdits premiers canaux (6, 8, 10), étant en connexion avec une desdites conduites et dé- bouchant à une extrémité dans une deuxième surface d'accouplement (14), ladite deuxième surface d'accouplement (14) étant associée à ladite première surface d'accouplement (12) et pouvant être pressée contre celle-ci à l'aide d'un moyen de serrage (25) de manière à former une jonction étanche entre lesdits premiers (6, 8, 10) et deuxièmes (26, 28, 30) canaux associés, caractérisé en ce que ledit collecteur comprend une tête d'accouplement
(2), en ce que ladite deuxième surface d'accouplement (14) est solidaire d'un piston (22) qui est encastré dans un évidement (24) axial de ladite tête d'accouplement (2) de façon à délimiter par une surface de pression (32) une chambre de pression (34) au fond dudit évidement (24), ladite surface de pression (24) du piston (22) étant opposée à la deuxième surface d'accouplement (14), et en ce qu'une conduite d'alimentation est en connexion avec ladite chambre de pression (34) de telle sorte que le fluide alimenté par ladite conduite d'alimentation exerce une pression sur ladite surface de pression (32) et que le piston (22) exerce une force de pression sur ladite première surface d'accouplement (12).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par des moyens d'accrochage pour suspendre la lance (4) à ladite tête d'accouplement (2).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage comprennent des crochets qui sont montés de manière pivo- tante sur ladite tête d'accouplement et peuvent enclencher des tourillons s'étendant radialement à partir de ladite lance (4).
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage comprennent des tiges de blocage (50) qui sont montées de manière pivotante sur ladite tête d'accouplement (2) ainsi qu'une bride ra- diale (54) sur ladite lance (4) du côté de la première surface d'accouplement
(12), ladite bride radiale (54) présentant des encoches radiales (52) desti- nées à recevoir les tiges de blocage (50) de sorte que les têtes (56) desdits tiges de blocage (50) prennent appui sur le côté de ladite bride (54) qui est à l'opposé de la première surface d'accouplement (12).
11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit moyen de serrage (25) comprend des ressorts qui sont disposés entre la tête d'accouplement (2) et ledit piston (22), lesdits ressorts étant précontraints lors de l'accrochage de la lance (4) à la tête d'accouplement (2).
12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 , caractérisé en ce que l'une desdites deux surfaces d'accouplement (12 ou 14) comprend un bord an- nulaire (48) en saillie s'étendant axialement, ledit bord annulaire (48) présentant un diamètre intérieur qui est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'autre desdites surfaces d'accouplement (14 ou 12).
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