Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02290669 1999-11-15
W O 98/53250 PCT/FR98/00961
1
Chalumeau d'oxycoupage
La prsente invention concerne le domaine des
chalumeaux d'oxycoupage.
La plupart des chalumeaux connus jusqu' prsent
comprennent une buse prsentant un orifice de coupe et
plusieurs orifices de chauffe. L'orifice de coupe assure
l'amene du courant d'oxygne de coupe jusqu' la pice, et
les orifices de chauffe permettent le chauffage de 1a pice
couper au moyen de la combustion d'un gaz combustible
dans l'oxygne de chauffe. Pour illustrer l'arrire-plan
technologique, on pourra se rfrer aux documents DE-A-14
29 136, FR-A-444 349, DE-C-249 170, DE-B-12 09 973 et FR-E-
9375. On pourra galement se rfrer au document US-A-
3.934.818 qui illustre un chalumeau d'oxycoupage quip
d'un systme de refroidissement permettant de projeter un
mlange air/eau dont la composition est rglable.
Des techniques plus rcentes sont par ailleurs
illustres dans les documents WO 96/18 071 et WO 96/26 806.
Bien que les procds d'oxycoupage soient large-
ment utiliss dans les diffrents stades de la sidrurgie
l'aide de chalumeaux d'oxycoupage, il apparat que la
conception et les matriaux utiliss ne permettent pas
d'obtenir une prcision leve pour l'usinage, laquelle est
pourtant de plus en plus importante et frquemment requise,
et surtout les chalumeaux traditionnels restent encore des
outils qui sont fragiles par rapport leur environnement,
ce qui occasionne des pertes de production et des cot de
maintenance levs. En particulier, les buses ou tuyres de
chalumeaux sont en gnral positionnes de faon relative-
ment imprcises sur leur support qui est en gnral en
cuivre, lequel support se dplace frquemment et ventuel-
lement avec des - coups lors du fonctionnement. Par suite,
' le positionnement imprcis, qui se dtriore en plus au fur
et mesure du fonctionnement, induit des dperditions de
rendement. Dans le cas o plusieurs tuyres sont utilises
CA 02290669 1999-11-15
.- - _ WO 98/53250- PCT/FR98/00961
2
simultanément, ces variations de positionnement ont un
effet particulièrement néfaste dans la mesure où les
différents jets sortant des tuyères risquent de se contra
rier entre eux, ce qui nuit naturellement à l'efficacité de
l'action ces jets.
L'invention vise précisément à résoudre ce
problème, en concevant un matériel d'oxycoupage qui soit à
la fois robuste pour garantir la précision dans le temps
malgré les contraintes thermiques de l'environnement, en
permettant aussi une maintenance simple, pratique et rapide
pour tenir compte des impératifs de production, tout en
autorisant des coûts de fabrication et de fonctionnement
optimisés, ainsi que des temps d'intervention réduits au
minimum.
L'invention a ainsi pour objet de réaliser un
chalumeau d'oxycoupage qui présente simultanément les
avantages d'une précision élevée, d'une longévité importan-
te, et d'une facilité de démontage.
Ce problème est résolu conformément à l' invention
grâce à un chalumeau d'oxycoupage comportant un élément de
support réalisé à partir d'un bloc indéformable en matériau
usinable avec précision, ledit élément de support incluant
des conduites intégrées d'alimentation en fluides gazeux de
chauffe et d'apport et en liquide de refroidissement, et un
élément de chauffe fixé à demeure contre une face infé-
rieure de l'élément de support, ledit élément de chauffe
étant réalisé à partir d'un bloc massif dans lequel sont
ménagés des passages pour les fluides gazeux et le fluide
de refroidissement qui communiquent directement avec les
conduites correspondantes de l'élément de support, ainsi
qu'au moins une tuyère positionnée avec précision dans deux
alésages coaxiaux respectivement prévus dans l'élément de
support et l'élément de chauffe, ladite tuyère étant
raccordée à une conduite d'alimentation en oxygène de coupe
et débouchant au niveau de la face libre de l'élément de
CA 02290669 1999-11-15
WO 98/53250 PCT/FR98/00961
3
chauffe.
De préférence, le chalumeau comporte un élément
de maintien assurant le positionnement précis de la tuyère,
i
ledit êlément passant dans un alêsage associé de l'élêment
de support et venant coiffer la partie de la tuyère qui est
dans ledit élëment de support. En particulier, l'élément de
maintien coiffe la tuyère par un alêsage terminal de celui
ci qui se raccorde â un êpaulement d'appui coopérant avec
le bord amont de la tuyère, laquelle tuyère présente
extérieurement un épaulement d'appui contre l'élément de
chauffe.
De préférence encore, l'élément de maintien est
fixé sur l'élément de support par un moyen de fixation
rapide, et ledit élément de maintien présente en outre un
alésage d'entrée associé au raccordement de la conduite
d'alimentation en oxygène de coupe.
Avantageusement encore, les conduites et les
passages de liquide de refroidissement sont agencés pour
passer au voisinage de la tuyère. Ainsi, le circuit de
fluide de refroidissement, qui est commun à l' élément de
base et l'élément de chauffe, permet d'assurer un régime
thermique stable pour la ou les tuyères d'oxygène de coupe
intégrées â l'ensemble mécanique ainsi régulièrement
refroidi.
De préférence enfin, l'élément de support est en
acier inoxydable et l'élément de chauffe en cuivre, la
tuyère étant quant à elle réalisêe dans un matériau adapté
tel que cuivre, laiton ou céramique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in
vention apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description gui va suivre et des dessins annexés, concer
nant un mode de réalisation particulier, en référence aux
figures où .
- la figure 1 illustre un chalumeau d'oxycoupage
conforme à l'invention, la partie principale dudit chalu-
1
CA 02290669 1999-11-15
-_ _ WO 98/53250_ PCT/FR98/00961
4
meau étant représentée en coupe afin de mieux distinguer le
positionnement d'une tuyère associée réalisé avec une haute
précision,
- la figure 2 est une vue de dessus du chalumeau
d'oxycoupage précité, la figure 1 étant une coupe selon I-I
de cette figure 2.
Les figures 1 et 2 représentent un chalumeau
d'oxycoupage C comportant principalement un élément de
support noté 10 auquel est fixé à demeure au moins un
élément de chauffe noté 20.
L'élément de support 10 présente ici une branche
verticale de raccordement 11 et une semelle sensiblement
horizontale 12. Cet ensemble monobloc est réalisé à partir
d'un bloc indéformable en matériau usinable avec précision,
par exemple en acier inoxydable. La branche 11 présente des
perçages 13 permettant la fixation du chalumeau d'oxycou-
page C sur un dispositif de positionnement, qui peut par
exemple être constitué par un système articulé. Un certain
nombre de conduites notées 14.1 à 14.5 sont montées en
partie haute de la branche 11 de l'élément de support 10.
On trouve en l'espèce un ensemble de cinq conduites, mais
il va de soi que l'invention n'est pas limitée à un nombre
particulier de telles conduites. En l'espèce, la conduite
14.1 correspond à une entrée de liquide de refroidissement,
par exemple de l'eau, la conduite 14.2 correspond à une
alimentation en gaz d'apport, la conduite 14.3 correspond
à une alimentation en oxygène de chauffe, la conduite 14.4
correspond à une alimentation en gaz de chauffe, et la
conduite 14.5 correspond à une sortie du liquide de
refroidissement. Chacune de ces conduites est surmontée
d'un embout, noté respectivement 15.1 à 15.5 permettant un
raccordement à des canalisations extérieures non représen-
tées ici. L'ensemble de ces canalisations d'alimentation en
fluide gazeux de chauffe et d'apport et en liquide de
refroidissement se prolonge à l'intérieur de l'élément de
CA 02290669 1999-11-15
WO 98/53250 PCT/FR98/00961
support 10 par des passages qui n'ont pas t reprsents
ici, et qui dbouchent au niveau de la face infrieure
" note 19 de la semelle 12 au niveau d'orifices de sortie
respectifs nots 16.1 16.5 visibles sur la figure 2. En
5 ce sens, les canalisations prcites sont intgres
l'lment de support 10.
Un lment de chauffe, not 20, est fix
demeure, ici par trois vis 17, contre la face infrieure
19
de l'lment de support 10. Cet lment de chauffe 20 est
ralis partir d'un bloc massif, par exemple en cuivre,
dans lequel sont mnags des passages 21, 22, 24, 27 pour
les fluides gazeux de chauffe et d'apport et le fluide de
refroidissement, qui communiquent directement avec les
conduites correspondantes de l'lment de support 10.
Ainsi, les passages 21 correspondent au circuit de refroi-
dissement par eau, les passages 22 correspondent au gaz
d'apport, lequel gaz passe par des canaux associs pour
dboucher par des orifices 23 au niveau de la face libre
note 28 de l'lment de chauffe 20. Les passages 24
correspondent'quant eux au gaz de chauffe, lequel sort
de
l'lment de chauffe par des canaux associs 25 dbouchant
au niveau d'orifices 26. Enfin, les passages 27 correspon-
dent l' oxygne de chauffe, lequel passe par des petits
. canaux associs 27' se raccordant aux canaux 25 prcits.
On notera que les canaux de sortie prcits sont agencs
comiquement autour d'un axe central X qui est l'axe d'une
tuyre qui sera dcrite plus loin. Les orifices 23 et 26
sont disposs selon deux cercles concentriques, autour de
l'orifice de sortie de la tuyre.
On a not 29 la face suprieure de l'lment de
chauffe 20 qui est plaque contre la face infrieure 19 de
la semelle 12 faisant partie de l'lment de support 10.
Cette application face contre face permet d'avoir un
raccordement direct des diffrentes canalisations et
passages correspondants entre l'lment de support 10 et
CA 02290669 1999-11-15
.- _ _ WO 98/53250 PCT/FR98/00961
6
l'élément de chauffe 20.
Le chalumeau d'oxycoupage C comporte en outre au
moins une tuyère 30 mieux visible sur la partie en coupe de
la figure 1. Cette tuyère 30 est de façon tout-à-fait
classique raccordée â une conduite 14.6 d'alimentation en
oxygëne de coupe, et elle débouche par un orifice 31 au
niveau de la face libre 28 de l'élément de chauffe 20.
Le positionnement de la tuyère 30 est par contre
tout-à-fait original, et il permet d'avoir un calage
extrêmement précis de l' axe X de la tuyère par rapport à
l'élément de support 10 qui est un bloc indéformable.
La tuyère 30 est d' une façon générale positionnée
avec prëcision dans deux alésages coaxiaux 41, 32 respecti
vement prévus dans l'élément de support 10 et l'élément de
chauffe 20.
En l'espèce, on constate que la tuyère passe
directement dans l'alésage 32 de l'élément de chauffe 20,
mais que par contre elle n'est pas au contact direct de
l'alésage 41 ménagé dans l'élément de support 10. On
utilise en effet un élêment de maintien, noté 40, passant
dans cet alésage 41 de l'élément de support 10, lequel
élément 40 vient coiffer la partie de la tuyère 30 qui est
dans l'élément de support 10. Plus précisément, l'élément
de maintien 40 coiffe la tuyère 30 par un alésage terminal
42 de celui-ci qui se raccorde à un épaulement d'appui noté
43 coopérant avec le bord amont de la tuyère 30. La partie
(ici supérieure) de la tuyère 30 qui est à l'intérieur de
l'élément de support 10 est ainsi exactement positionnée
dans l'alésage associé 42 de l'élément 40, lequel élément
est quant à lui exactement positionné dans l'alésage 41
dudit élément de support. On est ainsi assuré, grâce à une
hauteur suffisante par laquelle l'alésage 41 vient coiffer
la tuyère 30, d'un parfait calage de l'axe X. La tuyère 30
présente en outre extérieurement un épaulement d'appui noté
33 contre l'élément de chauffe 20, c'est-à-dire en l'espèce
CA 02290669 1999-11-15
WO 98/53250 PCT/FR98/00961
7
contre la face supérieure 29 dudit élément de chauffe. Un
joint 48 assure l'étanchéité pour l'oxygène de coupe
arrivant par la canalisation 14.6 surmontée de son embout
de raccordement 15.6. Un joint 50 est en outre prévu pour
assurer l'étanchéité entre la partie élargie de l'élément
40 et la face supérieure 18 de la semelle 12 de l'élément
de support 10. L'élément de maintien 40 présente en outre
un alésage d'entrée noté 44 associé au raccordement de la
conduite 14.6 d'alimentation en oxygène de coupe.
L'utilisation d'un tel élëment de maintien garan-
tit une précision très élevée pour le positionnement de la
tuyère 30. De plus, grâce au circuit de refroidissement qui
est commun à l'élément de support 10 et l'êlément de
chauffe 20, on obtient une excellente protection en
température de la tuyère 30 qui est ainsi environnée sur
toute sa surface extérieure par un ensemble maintenu à une
température homogène, ce qui garantit une longévité
supérieure. En outre, grâce au refroidissement efficace
obtenu de l'élément de chauffe 20, la face libre 28 de cet
élément représente une surface froide même en cours de
fonctionnement du chalumeau d'oxycoupage, de sorte que les
éventuelles scories qui sont projetées â l'état liquide ne
peuvent adhérer contre cette surface, contrairement aux
éléments de chauffe traditionnels qui ne sont pas protégés
contre une brasure directe des scories projetées. Cette
immunisation contre les projections de scories liquides est
bien entendu extrêmement favorable pour éviter tout risque
d' occlusion des orifices de sortie 23, 26 et 31 qui sont au
niveau de la face libre 28 de l'élément de chauffe 20. A
titre indicatif, les moyens utilisés pour le positionnement
précis de la tuyère 30 permettent aisément d'obtenir une
prêcision inférieure au centième de millimètre.
Pour obtenir une facilité de démontage qui est
importante dans la pratique, il est intéressant de prévoir
que l' êlément de maintien 40 précité est fixé sur l' élément
CA 02290669 1999-11-15
.. . _ WO 98/53250__ PCT/FR98/00961
8
de support 10 par un moyen de fixation rapide. On pourra
utiliser une vis à goupille ou une sauterelle comme moyen
de fixation rapide se manoeuvrant sans outillage. En
l'espèce, on a représenté une fixation rapide au moyen
d' une vis à tête cylindrique 45 venant se visser dans un
taraudage associé 46 de la semelle 12 de l'élément de
support 10, la tête 45 passant dans une encoche semi-
circulaire notée 49 de l'élément 40. La goupille associée
passant dans un perçage latéral de la tête 45 est notée 47.
Ainsi que cela est aisé à comprendre, le démontage est
extrêmement rapide puisqu'il suffit d'enlever la goupille
47 pour pouvoir extraire l'élément 40 et par suite accéder
à la tuyère 30. Ces opérations se font naturellement sans
défaire la liaison mécanique entre l'élément de support 10
et l'élément de chauffe 20. De plus, le remontage s'effec-
tue aisêment, et avec la même précision pour le positionne-
ment de la tuyère. La tuyère 30 sera de préférence réalisée
dans un matériau adapté tel que cuivre, laiton ou cérami-
que. Pour parfaire le refroidissement de la tuyère, il sera
avantageux de prévoir que les conduites et les perçages de
liquide de refroidissement soient agencés pour passer au
voisinage de la tuyère 30. En l'espèce, si l'on se réfère
à la vue de dessus de la figure 2, on distingue ainsi les
orifices 16.1 et 16.5 respectivement associés à l'arrivée
et à la sortie d'eau de refroidissement (disposés de part
et d'autre de l'axe X), l'orifice 16.2 associé â l'alimen-
tation en gaz d'apport, l'orifice 16.3 associé à l'alimen-
tation en oxygène de chauffe, et l'orifice 16.4 associé à
l'alimentation en gaz de chauffe.
Finalement, l'élément de support en acier inox
permet simultanément d'usiner à la machine une liaison
mécanique très précise, en restant indéformable y compris
aux chocs, tout en servant de distributeur des fluides
concernés aux différents éléments eux-mêmes solidement et
très précisément fixés à cet élément de support. L'élément
CA 02290669 1999-11-15
WO 98/53250 PCT/FR98/00961
9
de chauffe sera quant lui constitu d'un ou plusieurs
brleurs (les figures reprsentent une variante brleur
unique, mais ceci ne constitue naturellement qu'un exem-
ple). Le refroidissement par le circuit d'eau commun
celui de l' lment de support permet l' lment de chauffe
de rsister sans dommages de grandes diffrences de
temprature et, ainsi que cela a t dit plus haut, des
projections ventuelles de scories liquides se produisant
lors de "rats" de coupe.
Au moins une tuyre d'oxygne de coupe indpen-
dante est utilise, tant pratiquement "noye" dans la
masse de l'lment de support dans un ou plusieurs loge-
ments associs au positionnement mcanique trs prcis par
rapport l'usinage de liaison de l'lment de support.
Cette ou ces tuyres restent ainsi la temprature
constante de l'ensemble massif refroidi, ce qui permet de
surcrot de prserver malgr les contraintes thermiques de
l'environnement, leur prcision de fabrication et donc
leurs performances.
On est ainsi parvenu raliser un chalumeau
d'oxycoupage extrmement performant, en s'affranchissant
des dfauts classiques des chalumeaux d'oxycoupage tradi-
tionnels, qui sont en particulier l'impossibilit de
produire des pices finies aux cotes d'usinage mcanique,
et la faible rsistance aux contraintes exceptionnellement
dures environnant l'oxycoupage intgr dans les procds
sidrurgiques de grande production. On vite aussi les
pertes de productivit lies aux pertes de temps incontour-
nable des changement de buse des chalumeaux classiques.
L'invention n'est pas limite au mode de ralisa-
tion qui vient d'tre dcrit, mais englobe au contraire
toute variante reprenant, avec des moyens quivalents, les
caractristiques essentielles nonces plus haut.
