Brevet FR2282475A1 — publié le 19760319

La présente invention concerne l'élaboration de l'acier dans des convertisseurs, avec insufflation de réactifs oxydants dans le produit de départ par le haut, et notamment les lances pour l'injection de réactifs dans un bain de métal. En tant que réactifs oxydants on emploie d'ordinaire ltoxWrgène gazeux à l'état pur ou chargé de produits pulvérulents. Dans la description ci-après, par "bain" on entend le volume de métal en fusion, par exemple de fonte, et par produits pulvérulents, les produits scorifiants, par exemple la chaux et d'autres additions. On connaît bien une lance pour l'insufflation d'oxygène dans un bain de métal, comprenant un corps tubulaire allongé, refroidi par eau, par le canal duquel sont admis l'oxygène et les produits pulvérulents. la sortie du corps est réalisée en forme d'évasement conique constituant un éran refroidi. A la sortie du corps, en amont de son évasement conique, est monté un tampon changeable avec des tuyères en matériau résistant à la chaleur. L'évasement conique, refroidi par eau, de la lance protège le tampon contre les éclaboussures de scorie et de métal en fusion. le tampon a sur sa surface latérale, côté corps, une saillie circulaire avec laquelle il s'appuie sur une douille fendue amovible, constituée, par exemple, de quatre parties et montée sur une saillie circulaire correspondante réalisée sur la surface intérieure du corps. Pour changer le tampon, on le pousse à l'intérieur du corps de façon à le dégager de la douille fendue, on extrait les parties de la douille, puis on extrait le tampon du corps ; ensuite on met en place le nouveau tampon en procédant dans l'ordre inverse. Pour que le changement soit facile, le tampon doit être placé librement dans la douille fendue. Toutefois, par suite d'un tel assemblage, ainsi que par suite des jeux inévitables entre le tampon, les parties de la douille fendue et le corps, il apparaît des fuites d'oxygène à travers ces jeux, ce qui peut provoquer un changement de régime d'insufflation. En outre, l'injection de produits pulvérulents sirnultanément avec ltorJrgène à travers les tuyères étroites du tampon est extrêrtenIent difficile. On connaît également une conception de lance dans S telle l'injection des produits pulvérulents s'effectue à travers un tube fixe séparé, Enlacé coaxialement dans le corps de la lance. Une telle lance a un tarpon changeable avec des tuyères, assemblé à la sortie du corps par un filetage. Dans une telle conception, le changement du tampon mis hors d'usage soulève des difficultés, par suite des dégradations veïituelles de l'assemblage fileté entre le tampon et le corps sous l'effet des hautes températures apparaissant dans la zone de réaction, ainsi qu'à cause de l'engorgement des tuyères du tampon résultant des projections de scorie et de métal en fusion. Enfin, on connais une lance pour l'insufflation d'oxygène dans la fonte, comprenant un corps tubulaire allongé, refroidi par eau, dans lequel est également placé un tube coaxial. l,oxygne est admis à cette lance en deux veines sous des pressions différentes. Par le canal du corps on insuffle l'oxygène à faible vitesse et sous basse pression, et par le tube on insuffle de l'oxygène, charge ou non de produits finement broyés, à grande vitesse et sous haute pression. L'insufflation, à travers le corps, d'oxygène à faible vitesse et sous basse pression provoque un moussage de la scorie et améliore la déphosphoration. En outre, l'insufflation d'oxygène sous basse pression permet d'augmenter la quantité de scrap dans la charge. Toutefois, le moussage excessif de la scorie dans le cas d'un tel régie d'insufflation rend nécessaire une coupure périodique de l'oxygène sortant par le canal annulaire du corps, ce qui entraîne l'engorgement de ce canal par les produits du bain. Afin de prévenir cet engorgement, le canal annulaire du corps est doté d'un tampon en matériau réfractaire ayant des ppres ou des orifices étroits, de 0,2 à 5 mm de diamètre, pour le passage de l'oxygène. Mais le montage d'un tampon n'exclut jas l'éventualité de l'obstruction de ses orifices par les produits du bain, aussi ledit tampon doit-il être périodiquement remplacé par un tampon neuf. Or, le montage du tampon à la sortie du corps de la lance devant être robuste et étanche, le changement du tampon sans destruction et dégradation de la paroi du corps s'avère extrêmement difficile. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés ci-dessus. il s'agissait donc de créer une lance pour l'injection de réactifs dans un bain de métal, dont la conception permettrait le changement aisé du tampon une fois celui-ci hors d'usage, son assemblage avec la paroi du corps de la lance restant résistant et étanche. la solution consiste en une lance pour l'injection de réactifs dans un bain de métal, comprenant un corps tubulaire allongé, refroidi par eau, par le canal duquel est admise une veine de réactif gazeux, un tampon monté à la sortie de ce corps et un tube placé coaxialement dans le corps pour l'admission d'une seconde veine de réactif, lance dans laquelle, d'après l'invention, le tampon utilisé, d'un type connu en soi et comportant des tuyères, est fixé par sa partie centrale sur le tube mentionné, lequel est monté de façon qu'il puisse être déplacé le long de son axe ; la surface intérieure du corps, dans la zone où vient se placer le tampon, est conjuguée à la surface latérale extérieure du tampon de façon à serrer celui-ci en position de travail, et l'extraction du tampon de sa position de travail s'effectue à l'aide du tube mobile mentionné. Une telle réalisation constructive permet le changenIent facile du tampon quand il est hors d'usage, ainsi que sa mise en place étanche, avec serrage, en position de travail. La surface intérieure du corps dans la zone où vient se placer le tampon et la surface extérieure latérale du tampon peuvent être coniques, s'élargissant vers la sortie du corps, ce qui assure la mise en place étanche du tampon dans le corps. le tampon conforme à l'invention peut être réalisé scindé dans la direction radiale, suivant un plan passant par une génératrice du cône, et être constitué par plusieurs parties ayant chacune des éléments pour sa fixation aux autres parties et pour le montage du tampon en position de travail. L'utilisation d'un tampon scindé assurera son enlèvement facile de dessus le tube mobile quand il sera hors d'usage, La surface intérieure latérale, côté tube, du tampon comporte une gorge circulaire, tandis que la surface extérieure du tube est pourvue d'une saillie qui s'engage dans ladite gorge en assurant la fixation du tampon sur le tube et l'assemblage étanche des parties du tampon entre elles et avec le corps de la lance. le tube conforme à l'invention est monté de façon qu'il puisse être déplacé le long de son axe d'une valeur déterminée par la relation b cote t , b étant la dimension de la saillie circulaire,O(la moitié de l'angle au sommet du cône formé par les surfaces conjuguées du cône et du tampon, en permettant ainsi l'enlèvement sans entrave des parties du tampon et la mise en place de parties neuves. Plus bas est décrit un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec référence au dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente une lance conforme à l'invention, en coupe longitudinale - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 1. la lance se compose d'un corps tubulaire allongé 1 par le canal duquel on insuffle le réactif gazeux, par exemple l'oxygène. Bye corps 1 est entouré de deux tubes 2 et 7 coaxiaux audit corps et communiquant entre eux à la partie inférieure. Ces tubes servent à amener et à évacuer l'eau refroidissant le corps 1. A l'intérieur du corps 1 est placé un tube coaxial 4 pour l'injection d'une seconde veine de réactif, par exemple d'oxygène chargé de produits pulvérulents. Dans le corps 1, à sa sortie, est monté un tampon 5 en matériau réfractaire, dans lequel sont réalisées, suivant une circonférence, une série de tuyères 6 à travers lesquelles passe l'oxygène. Le nombre, les dimensions et la forme des tuyères 6 peuvent avoir diverses valeurs, selon les paramètres éxigés pour les jets d'oxygène dirigés sur le bain de métal. le tampon 5 est fixé au tube 4. A cet effet,dans la surface latérale intérieure, côté tube 4 du tampon 5, est prévue une gorge circulaire 7, tandis que sur la surface extérieure du tube 4 est prévue une saillie annulaire 8 qui s'engage dans ladite gorge 7 en assurant ainsi la fixation du tampon 5 sur le tube 4. A sa partie inférieure, le tube 4 s'achève par une tuyère 9 à travers laquelle est débité l'oxygène chargé de produits pulvérulents. Au besoin, le tube 4 peut etre obturé à sa partie inférieure, la lance avec son tube ainsi obturé pouvant alors être utilisée pour insuffler les réactifs en une seule veine, par le canal du tube 1. Pour assurer la mise en place étanche du tampon 5 dans le corps 1, on a donné à la surface intérieure du corps 1, dans la zone où vient se placer le tampon 5, et à la surface latérale extérieure du tampon 5 une forme conique, avec élargissement vers la sortie du corps 1. Le montage étanche du tampon 5, ainsi que la possibilité de son changement facile, sont assurés grâce au fait que le tube 4, auquel est fixé le tampon 5, est réalisé mobile le long de son axe et peut se déplacer en commun avec le tampon 5. Pour déplacer le tampon 5 le long de son axe, à la partie supérieure du tube 4 on monte une rehausse tubulaire amovible 10, à travers laquelle passent des tiges filetées il rigidement fixées à une bride 12 du tube 4. Le tube 4 est ainsi fixé à la rehausse 10 à l'aide des tiges 11. A l'endroit où le tube 4 entre dans le corps 1, entre le tube 4 et le corps 1 est placée une garniture 13 serrée par une bride 14. le tube 4 est déplacé le long de son axe sur une distance au moins égale à la valeur a b b cotez , b étant la dimension de la saillie circulaire 8 dans la direction radiale,etcy , la matité de l'angle au sommet du cône formé par les surfaces conjuguées du corps et du tampon 5. Cette distance permet d'obtenir des conditions de travail co1r.;odes pour le reriplacemellt du tampon 5 et sa mise en place étanche, avec serrage, dans la portion conique du corps Pour assurer un serrage de valeur constante en cas de changement de la position relative du tube 4 et du corps 1 lors de leurs déformations thermiques, le tube 4 peut être doté d'un ressort (non représenté sur les figures) ou de tout autre dispositif remplissant une fonction analogue Le tamppn 5 est placé en position de travail à une certaine distance du bout de sortie du corps 1 de la lance les tuyères 6 du tampon 5 sont inclinées par rapport à l'axe du corps 1, de telle façon que les jets de réactifs qui en sortent préviennent l'arrivée des produits du bain sur la surface intérieure corps 1 et sur le tapon 5. Pour assurer une dépose et une pose faciles du tampon 5 sur le tube 4, le tampon peut être scindé dans la direction radiale suivant au moins un plan passant par une génératrice du cône. Les parties assemblas du tampon ainsi réalisé comportent aussi une gorge circulaire 7, à l'aide de laquelle le tampon se monte sur la saillie 8 correspondante réalisée sur le tube 4. La lance qui vient d'être décrite fonctionne de la façon suivante. avant de commencer le travail on établit la circulation d'eau pour le refroidissentent du corps 1 de la lance. Ensuite on met la lance en position verticale à la hauteur optimale au-dessus du niveau du bain de métal, par exemple dans un convertisseur. On admet l'oxygène au canal du ccrps 1 et l'on insuffle dans le métal l'oxygène sortant à travers les tuyères 6 du tampon 5. Selon les conditions du processus de traitement du métal, on injecte dans la zone de réaction, à travers le tube 4, un autre réaction, par exemple de l'oxygène chargé de produits pulvérulents. Pendant l'insufflation, la température monte dans la zone de réaction jusqu'à une valeur élevée, la lance vibre et subit l'action des milieux agressifs, gazeux et liqude, ce qui provoque la destruction progressive du nez de la lance, avec, en définitive, la mise hors d'usage du tampon 5 avec les tuyères 6. Pour changer le tampon 5 hors d'usage par un tampon neuf, il faut sortir la lance du convertisseur, faire descendre le tube 4 sur une longueur suffisante pour permettre l'accès libre au tampon 5. Cette longueur est déterminée, dans la conception décrite, par la relation entre la dimension de la saillie circulaire et l'angle au sommet du cône formé par les surfaces conjuguées du tampon 5 et du corps 1. A cet effet, on dévisse les écrous des tiges 7t passant à travers la rehausse 10 puis, en faisant descendre le tube 4 on fait sortir le tampon 5 jusqu'à une position commode pour son enlèvement. Ceci fait, on dégage de la saillie 8 du tube 4 les parties constitutives du tampon 5 hors d'usage et on pose à leur place les parties d'un nouveau tampon préparées en vue de leur exploitation. Après la mise du nouveau tampon 5 en position de travail, on fait remonter le tube 4 jusqu'à ce que l'assemblage du tampon 5 avec la portion conique de la lance 1 soit serré et étanche. Le tube 4 avec le tampon 5 étant mis dans cette position, on visse les écrous des tiges 11 jusqu a serrage de leurs faces inférieures contre la surface de la rehausse 10, en bloquant ainsi le tube 4 dans la position voulue. la lance est de nouveau prête au soufflage du métal. De la sorte, le remplacement d'un tampon 5 à tuyères 6 mLs hors d'usage par un tampon neuf est très simple, la fiabilité de sa fixation et l'étanchéité étant assurées gracie à l'asqemblage étanche, avec serrage, de la surface conique du tampon 5 et de la portion conique du corps 1 de la lance. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui swrent. REVENDICATIONS 1. Lance pour l'injection de réactifs dans un bain de métal, comprenant un corps tubulaire allongé, refroidi par eau, à travers l'enceinte intérieure duquel est admise une veine de réactif gazeux et à la sortie duquel est monté un tampon, et un tube placé coaxialement dans ledit corps pour l'admission d'une seconde veine de réactif, caractérisé en ce que le tampon utilisé, d'un type connu en soi et comportant des tuyères, est fixé par sa partie centrale sur le tube mentionné, lequel est monté mobile le long de son propre axe, la partie de la surface intérieure dudit corps sur laquelle vient se placer le tampon étant conjugué à la surface latérale extérieure du tampon de façon à assurer la mise de ce dernier en position de travail et son serrage dans cette position, et l'extraction du tampon de ladite position de travail s'effectuant à l'aide du tube mobile mentionné. 2. Lance selon la revendication 1, caractériséeen ce que la partie de la surface intérieure dudit corps sur laquelle vient se placer le tampon et la surface latérale extérieure conjuguée du tampon sont coniques et vont en s'élargissant vers la sortie dudit corps. 3. Lance selon la revendication 2, caractériséeen ce que le tampon est scindé radialement suivant au moins un plan passant par une génératrice du cône, et est constitué par au moins deux parties pourvues chacune d'un moyen pour leur fixation l'une à l'autre et pour la mise du tampon en position de travail. 4. Lance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface intérieure latérale, côté tube, du tampon est pourvue d'une gorge circulaire, la surface extérieure dudit tube comportant une saillie s'engageant dans ladite gorge en assurant la fixation du tampon sur le tube. 5. Lance selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le tube est monté de façon qu'il puisse être déplacé le long de son propre axe d'une valeur déterminée par la relation a b cotgDt , dans laquelle a est la valeur dudit déplacement, b est la dimension de la saillie circulaire du tube et représente la moitié de l'angle au sommet du cône formé par les surfaces conjuguées du corps et du tampon, en permettant ainsi l'enlèvement sans entrave des parties du tampon t la mise en place de parties neuves.