Brevet FR2287511A1 — publié le 19760507

la présente invention concerne une tuyère pour l'injection de gaz réactifs dans un bain métallique contenu dans un récipient mé tallurgigue à garnissage réfractaire. D'une façon plus particulière, l'invention concerne une tuyère comprenant un tube extérieur qui traverse le garnissage latéral du récipient, ou le fond de ce dernier, et au moins un tube intérieur dans le tube extérieur, ce tube intérieur étant destiné à introduire les gaz réactifsedåns le bain métallique, tandis que l'espace annulaire entre le tube extérieur et le tube intérieur est destiné à introduire un agent protecteur de la tuyère On connatt d'une manière générale les tuyères à double enveloppe dans lesquelles un espace extérieur annulaire est destiné à l'amenée d'un agent protecteur ; ces tuyères existent, à l'heure actuelle en un. certain nombre de variantes. On peut citer par exemple les tuyères refroidies avec des hydrocarbures-gazeux ou avec du fuel-oil, pour l'affinage à l'oxygène de la fonte en vue de la fabrication d'acier au carbone. Pour la fabrication d'acier inoxydable par affinage à ltopygène, on peut employer soit un gaz inerte, usuellement de lar- gon soit un fluide réactif, usuellement de la vapeur d'eau, comme agent protecteur des tuyères, introduit par ltespace annulaire précité. Ces tuyères connues ont en commun quelles débouchent essentiellement à la surface limite intérieure du garnissage et généralement au ras de cette surface. Bien que les tuyères ainsi construites puissent en soi avoir une bonne durée, il peut se produire parfois pour certaines conditions aéro et hydrodynamique, une forte usure du garnissage au voisinage des tuyères ou à une petite distance de ces dernières.On peut penser que cette usure est due au fait qu'il se forme un coussin de gaz au nez des tuyères, coussin dont une partie est repoussée verte garnissage et en provoque l'usure par une forte érosion combinée avec l'existence d'une haute température. Be principalvobjet de la présente invention est d'éliminer cet inconvénient, ou tout au moins de le réauire fortement. À cet effet, une caractéristique essentielle de l'invention est qu'au moins une partie libre du tube extérieur de la tuyère se prolonge dans le bain au-delà de la surface intérieure du garnissage, la longueur de cette partie libre, exprimée en mètres, comptée à partir de la surface de la paroi réfractaïre, se trouvant dans le domaine déterminé rar la double inégalité suivante Un domaine préférentiel est le suivant : Les agents protectel de la tuyère contre l'usure peuvent être utilement choisis dans le groupe ammoniac, eau, vapeur d'eau, hydrocarbures gazeux, hydrocarbures liQuides, ou leurs mélanges. Le fuel-oil est spécialement avantageux.De même, un mélange d'eau et de vapeur d'eau. De même, l'ammoniac ou un mélange gazeux à plus de 20 9, de préférence plus de 50 % d'ammoniac. Normalement, la partie libre de la tuyère comprend, selon l'invention, aussi bien le tube extérieur que le tube intérieur de la tuyère. C'est en particulier le cas lorsque l'espace extérieur est destiné à l'introduction d'un ou de plusieurs fluides combustibes, tels que l'ammoniac et les hy- drocarbures.Il n'est toutefois pas exclu que le tube intérieur, dans les cas où l'espace extérieur est destiné à l'introduction d'un ou plusieurs fluides non combustibles, tels que l'eau et/ou la vapeur d'eau, puisse déboucher à une certaine distance en deça de l'embou- chure du tube extérieur, car l'agent protecteur continue de s'écouler le long de la face intérieure du tube extérieur, Jusqu'à l'embouchu- re, en raison des conditions d'écoulement laminaire qui existent Cependant cette dernière disposition n'est pas du tout indispensable, et l'on peut utiliser les agents protecteurs non combustibles, comme les agents protecteurs combustibles, avec les deux tubes de la tuyère débouchant de dont. Dans les rares cas connus de tuyères débouchant à une certaine distance de la surface intérieure du garnissage, ces tuyères sont munies extérieurement d'un revêtement réfractaire, capable de protéger la tuyère contre l'attaque par l'environnement. Un inconvénient de cette construction est qu'elle est relativement compliquée, car au moins certaines parties de la tuyère doivent être interchangeables. Un autre objet de la tuyère selon l'invention est de supprimer la nécessité d'une protection réfractaire spéciale, quoi qu'il reste possible d'améliorer encore la résistance de la tuyère selon l'invention en appliquant sur son tube extérieur un revêtement réfractaire relatnvement mince. Il est par exemple possible de munir la tuyère it'ar! pisé réfractaire dont l'épaisseur ne dépasse pas 10 mm et de préférence 7 mm. Cette couche réfractaire comparativement mince n t a pas d'influence pratique sur la capacité de la tuyère à résister aux hautes te;mpér.tures. Ce sont les agents protecteurs qui maintiennent la tuyère en bon état aux tentératures élevées. Une autre caractéristiQie du dispositif selon l'invention est qui un ou plusieurs des fluides ci-aprèS peuvent hêtre amenés par l'es- pace extérieur pour le refroidissement de la partie libre de la tuyère, à savoir ammoniac, eau, vapeur d'eau, hydrocarbures gazeux et/ou hydrocarbures liquides.- On peut obtenir un effet de refroidissement particulièrement bon dans le cas où l'agent protecteur se compose d'au moins 20 %, de préférence d'au moins 50 % et meAme en totalité, d'ammoniac. Sous l'influence de la chaleur, il se produit en effet un craquage de l'ammoniac pendant le passage à travers la partie libre de la tuyère, pourvu que celle-ci n'ait pas un isolement céramique tel que le craquage ne puisse se produire. La partie libre de la tuyère peut en outre se maintenir constante pendant une campagne, si l'on procède à une alimentation équilibrée d'ammoniac selon l'expression V = S. 100. I. D où L et D indiquent respectivement le diamètre de la partie libre de la tuyère et le diamètre de la tuyère (diamètre intérieur du tube intérieur) exprimés en mètres, V le débit d'ammoniac en Nm3/mn et S est un facteur de sécurité qui -doit être au minimum égal à 1,2 et de préférencé être compris entre 1,2 et 2,5. Dans la tuyère selon l'invention, l'écoulement total de gaz à travers l'espace extérieur est normalement de 5 à 35 % de la quantité totale de gaz passant à travers toute la tuyère. Une autre caractéristique encore de 'invention résulte d'une forme d'exécution reconnandée, selon la desion ci-jointe. On se référera ici aux figures, où la figure 1 est une coupe verticale I-I (fig. 2) d'un convertisseur muni de trois tuyères à soufflage par le fond.' La figure 2 montre une coupe horizontale II-II dans la fig. du même convertisseur . La figure 3 montre une tuyère selon l'invention, plus en détail. Si l'on se réfère tout d'abord au figures 1 et 2, le convertisseur y est repéré 1. Il peut tourner autour de l'axe 2. Le convertisseur 1 se compose d'une enveloppe en acier 3 avec revêtement 4, et d'un fond 5 démontable, également garni de réfractaire. le garnissage du fond est repéré par 6. La figure 1 montre le convertisseur 1 rempli jusqu'à une certaine hauteur d'un bain d'acier 8. Selon la forme d1exécution, trois tuyères 7 sont installées dans le fond du convertisseur; ces tuyères se prolongent à travers le garnissage du fond 5. bêles se prj"lon-gent en outre, avec les par ties 9, devant la surface supérieure du garnissage du fond 6. la longueur de ces parties libres 9, -c'est-à-dire les parties qui ne sont pas protées par le garnissage du gond 6, sont désignées par L dans les figures 1 et 3. En variante, on peut aussi installer les tuyères dans la paroi du convertisseur. Selon le mode d'exécution, les tuyères 7 se composent de deux tubes concentriques, à savoir un tube intérieur 10 et un tube extérieur 11. Le tube extérieur 11 a un diamètre intérieur D. L'espace annulaire entre les tubes est désigné par 12. Selon la forme d'exé- cution, les parties lires 9 sont complètement nues, ctest-à-dire que le tube extérieur 11 n'a aucun revêtement réfractaire. Lors du traitement tel que la décarburation du bain métallique 8, on injecte un gaz réactif tel que l'oxygène ou un mélange à travers le tube intérieur, ainsi qu'un agent protecteur à travers l'es- page annulaire 12. On choisit ici l'agent protecteur de préférence dans les groupes ammoniac, eau, vapeur d'eau, hydrocarbures gazeux ou liquides. Une conduite pour l'amenée du gaz réactif au tube intérieur 10 de la tuyère est repérée par 16, et une conduite pour l'amenée du fluide réfrigérant au tube extérieur 11 est repérée par 17. On a repéré par 18 les raccords des conduites d'alimentation aux tuyères 7, conduites dont le diamètre est beaucoup plus petit que eelui des conduites d'alimentation 16. Dans le cas où l'on injecte un fluide combustible par l'espace annulaire 12, et un gaz -oxydant par le tube intérieur 10, on obtient une flamme 13 dans-la zone située devant l'embouchure des tuyères. En raison de l'expansion des gaz, il se forme en outre un coussin de gaz 14. On ne connait naturellement pas la forme exacte de ce coussin, mais on peut supposer que le coussin 14 comprend aussi une partie refoulée, désignée par 15 dans la figure 3. La longueur L de la partie libre 9 de la tuyère est choisie selon les critères mentionnés dans le préambule et dépasse donc la longueur de la partie refoulée 15 du coussin de gaz 14. On empêche ainsi que le garnissage du fond 6 soit exposé à une usure inacceptable par le coussin de gaz 14. En même temps, la partie 9 de la tuyère est protégée contre une usure plus raide que celle du Garnissage du fond 6, grâce à l'effet de refroidissement obtenu par l'agent protecteur passant dans l'espace annulaires ViD TIoINS 1.- Tuyère pour l'injection de gaz d'affinage dans un bain métallique disposé dans un récipient métallurgique garni d'un revetement réfractaire, cette tuyère comprenant un tube extérieur traversant le garnissage de la paroi ou du fond, et au moins un tube intérieur, celui-ci recevant les gaz d'affinage tandis que l'espace annulaire entre les deux tubes reçoit un agent protecteur de la tuyère contre l'usure, caractérisée en ce qu'une partie libre (9) du tube extérieur de la tuyère (7) pénètre dans le bain métallique (8) sur une certaine longueur (L), cette longueur L, exprimée en mètres, comptée à partir de la surface de la paroi réfractaire, se trouvant dans le domaine déterminé Dar la double inégalité suivante D désigne le diamètre intérieur du tube extérieur exprimé en mètres, P désigne la pression absolue, exprimée en atmosphères, du ou des gaz d'affinage dans la tete de tuyère (18), T désigne la température de ce ou de ces gaz exprimé en K. 2.- Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit agent protecteur appartient au groupe ammoniac-eau-vapeur d'eauhydrocarbures gazeux et hydrocarbures liquides, ou est constitué par un mélange de ces corps. 3.- Tuyère selon l'une oul'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la partie libre (9) de la tuyère comporte à la fois le tube extérieur et le tube intérieur. 4.- Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la libre portion (9) de la tuyère soit au moins égale à 5.- Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la largeur de la libre portion de la tuyère est au plus égale à 6.- Tuyère selon l'une ou l'autre des revendication 1 à ), caractérisée en ce que l'agent protecteur est un mélange d'eau et de vapeur dteau. 7.- Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'agent protecteur est du fael-oil. 8.- Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'agent protecteur est de l'ammoniac ou un mélange gazeux contenant au moins 20 ffi et de préférende au moins 50 % deammonisc.