Brevet FR2314943A1 — publié le 19770114

La présente invention concerne en général une lance d'injection utilisable pour la désulfuration de produits ferreux en fusion par exemple de l'acier et de la fonte La lance selon l'invention a été réalisée pour, à la fois, résister aux hautes températures d'environ 14300C à 15950C habituellement rencontrés dans des bains de produits ferreux en fusion et servir de passage pour l'injection de certains agents de désulfuration réactifs endessous de la surface des bains. Une lance à structure rigide qui résiste aux chocs thermiques est nécessaire pour résister à l'environnement rude des bains de matériaux ferreux en fusion. En outre, la lance doit être suffisamment isolée pour l'empêcher d'atteindre des températures suffisamment élevées qui provo -queraient la fusion ou la réaction des agents de désulfuration avec le gaz véhicule. La technique antérieure a généralement recherché des solutions à certains aspects de problèmes similaires à ceux résolus par la présente invention. Par exemple, le brevet des E.U.A No 2 805 147 décrit un assemblage de lance refroidi par un liquide qui est utilisable pour injecter des additifs solides sous forme de fins grains, tels que le magnésium ensemble avec un gaz véhicule tel que l'azote, en-dessous de la surface des matériaux métalliques en fusion. Néanmoins, selon la présente invention on utilise une lance rigide, isolée pour réaliser la désulfuration plutôt qu'une lance refroidie par un liquide ce qui minimise la complexité et la structure qui en résulte ainsi que les problèmes de fabrication. Un brevet des E.U.A.No. 3 430 940 concerne une lance d'injection complexe utilisable dans des procédés de fabrication d'acier à I'oxygène, De telles lances utilisent des revêtements en aluminium et sont consommables. Une technique de désulfuration de métaux à chaud typique comporte l'introduction de conduits droits en acier revêtus de matière réfractaire qui injectent des agents de désulfuration en poudre selon un angle de 200 à 400 par rapport à l'horizontale dans des poches tonneaux contenant de la fonte brute en fusion avant la transformation de la fonte brute en acier par des procédés bien connus tels que les procédés Siemens-Martin ou les procédés de fabrication de l'acier à l'oxygène. Une telle technique est avantageuse pour autant que l'agent de désulfuration puisse être libéré près de l'une des extrémités de la poche tonneau, permettant ainsi un excellent mélange de l'agent et de la fonte à cause de la circulation de l'acier en fusion établie dans le récipient. Les lances sont réalisées de façon à être légères pour faciliter leur remplacement. D'un autre côté, le système typique bien connu possède différents désavantages. Le premier étant que la poche tonneau doit être disposée avec précision pour être sûr que la lance sera insérée avec précision dans la gueule ou ouverture supérieure du récipient pour des considérations angulaires. Deuxièmement, la gueule du récipient ne peut comporter une formation de scories pour empêcher une rupture ou un pliage de la lance. Une accumulation de scories du toit du récipient ou à sa base favorise une rupture de la lance ou une obturation de son extrémité. Finalement, des traitements par injections prolongés, tels que ceux nécessaires pour abaisser la teneur en soufre depuis environ 0,1% à 0,01%, provoque une surchauffe du conduit et un ramolissement et un pliage conséquents dus à l'action de la fonte plus dense et à l'agitation de l'action du melange. Le temps nécessaire pour obtenir la diminution de la teneur en soufre décrite cidessus se situe habituellement entre 15 à 45 minutes. On comprendra aisément, par conséquent que le procédé habituel et le système de lance décrits ci-dessus sont généralement pas satisfaisants pour des traitements de désulfuration prolongés. Ceci est particulièrement vrai dans les cas où de fortes formations de scories sont rencontrées et lorsque l'agent de désulfuration possède un point diffusion relativement bas et réagit avec le gaz véhicule. Ce dernier cas exige évidemment un système de-lance plus complexe pour obtenir une durée satisfaisante de fonctionnement sans qu'il ne se forme un système de blocage ou obturant. Le système selon la présente invention a été principalement réalisé pour résoudre les problèmes rencontrés dans les systèmes connus. I1 comporte généralement un conduit d'amenée allongé rigide ouvert aux extrémités, entouré par une couche d'un produit isolant qui, à son tour, est entouré par un deuxième conduit recouvert d'une couche d'un produit réfractaire.La qualité isolante et la résistance de la structure de la lance sont telles que la lance est capable de subir une utilisation prolongée et répétée dans des procédés de désulfuration et possède un pouvoir isolant suffisant pour que le produit réactionnel sous forme de particules tel que le magnésium ou l'un de ses alliages puisse être injecté avec un gaz véhicule tel que l'azote sans que la matière sous forme Qe particules ne fonde ou ne réagisse avec l'azote. Pendant son utilsation, la lance peut être insérée verticalement dans la poche tonneau et par conséquent évite un grand nombre des problèmes inhérents à la technique intérieure. Il est par conséquent un objet de la présente invention de réaliser une lance qui a une structure suffisante pour résister à une utilisation prolongée lors de la désulfuration de métaux ferreux en fusion. I1 est un autre objet de la présente invention de réaliser un système de lance dont le pouvoir isolant est tel qu'une utilisation prolongée pour l'injection de particules de matière contenant du magnésium et de l'azote dans des bains ferreux en fusion n'aura pas pour effet de causer la fusion de ces particules de matière ou leur réaction avec l'azote, évitant ainsi l'obturation ou le blocage du système. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence sera maintenant faite aux figures ci-jointes: La fig. 1 est une section transversale de la lance selon la présente invention qui montre les différentes couches entourant le conduit d'amenée formant la rigidité de la structure et des propriétés isolantes souhaitables. La fig. 2 représente une méthode d'application de la lance selon l'invention en combinaison avec une poche tonneau. On peut décrire la lance selon l'invention comme ayant une structure composite. En se référant à la fig. I, on remarquera que la lance comprend différentes couches entourant le conduit interne 11. Ce conduit est un conduit allongé ouvert aux extrémités, rigide comprenant une extrémité 16 adaptée pour être reliée à un conduit d'amenée conventionnel (non représenté) pour introduire un mélange de particules de matière et d'un gaz véhicule d'un conduit 16. L'extrémité 18 du conduit convient pour injecter le mélange transporté en-dessous de la surface de la matière en fusion. Ainsi qu'il sera aisément compris de ces spécialistes en la matière, de nombreuses configurations pour les ouvertures et/ou les tuyères sont possibles pour réaliser l'injection du mélange endessous de la surface de différents matériaux ferreux en fusion. Néanmoins, une configuration circulaire représentée dans la fig.l est suffisante pour les buts de l'invention. Un conduit en acier ordinaire est un matériau convenant pour le conduit bien que d'autres matériaux réfractaires peuvent être employés. Une couche d'une matière isolante 12 est disposée autour et en contact direct avec le conduit de transport 11. La couche de matière isolante doit avoir une épaisseur suffisante pour empêcher la fusion des particules réactionnelles et leur réaction avec le gaz véhicule. De nombreux types et d'épaisseurs de produits isolant conviennent pour de tels buts et dépendent de la nature du mélange injecté. Pour l'injection de particules de matière contenant du magnésium avec un gaz véhicule d'azote, une couche-de Kao-Wool ou d'asbeste ayant une épaisseur de 0,6 à 1,25 cm sous forme tissée a été employée avec succès. Un deuxième conduit rigide 13 est disposé autour et en contact direct avec la couche de matière isolante 12. Le but de ce conduit est de- réaliser la rigidité de la structure qui est nécessaire pour la présente invention. Sans la présence du second conduit, il se produirait un pliage et/ou un fléchissement inacceptables aux températures rencontrées durant le procédé d'injection. Le conduit 13 peut être réalisé dans les mêmes matières spécifiées précédemment pour le conduit d' amenée 11. Le conduit 13 peut également être adapté pour permettre la connexion avec certaines parties associées & un dispositif d'introduction de la matière comme dans le cas du conduit 11. Cet aspect est illustré à l'extrémité 17 du conduit. Le conduit 13 à son tour est recouvert d'une couche de matière réfractaire 14 ayant une composition et une épaisseur suffisante pour résister à l'érosion provoquée par la matière ferreuse en fusion durant le procédé. La couche réfractaire 14 également sert à isoler la lance jusqu'à un point tel que la matière de particules ne fonde pas ni ne réagisse avec le gaz véhicule pendant le déplacement à travers le conduit d'amenée 11. I1 a été trouvé que des manchons réfracteurs de forme en "beignets" tels que ceux utilisés pour les quenouilles des poches de coulée et ayant une dimension telle qu'ils peuvent s'ajuster au conduit 13, peuvent être disposés autour du conduit 13. Une telle matière réfractaire est typiquement une matière réfractaire à base de silicium de 1,25 cm d'épaisseur. Des sections en forme de coins sont employées à l'endroit où la lance est pliée. Pour éviter des fuites entre les manchons, une légère couche d'une boue séchant à l'air, telle que le ciment pour quenouille de Miller, fabriquée par Miller Refractories Co. est appliquée. Bien entendu, ces spécialistes en matières comprendront que de nombreux autres types et formes de poudre séchée peuvent être utilisés plutôt que celle décrite ci-dessus pourvu que le but voulu soit atteint. I1 est préférable de plier la lance près de son extrémité où l'injection est réalisée. On admet qu'une distance optimum se trouve entre 60 à 90 cm à partir de l'extrémité de sortie. Un tel pliage devrait typiquement former un angle de 300 à 450 avec l'axe longitudinal du conduit 11 pour pouvoir abaisser la lance verticalement dans le bain ferreux en fusion et d'injecter alors le mélange selon un certain angle dans le bain. Une telle injection sert à favoriser le mélange de particules de matière et le bain étant donné qu' une circulation est ainsi favorisée. Un exemple typique de pliage est représenté en 15 dans la fig. 1. Ainsi qu'il est montré dans la fig. I en 18, le sommet du conduit d'amenée 11 est sensiblement de niveau avec les trois revêtements protecteurs de la lance. Une telle disposition est préférée parce que la formation de particules de matière ou un retour en arrière de la matière en fusion dans la lance sont ainsi empêchés. Par conséquent, une durée de vie plus longue de la lance est obtenue parce que les possibilités de boucher la lance sont ainso réduites. Cet aspect est particulièrement important pour l'injection de particules de matière réactionnelles à faible point de fusion telles que le magnésium et les alliages à base de magnésium. I1 a été découvert que des lances réalisées selon la présente invention peuvent généralement être utilisées pour 5 à 8 traitements de désulfuration, chacun durant environ 15 à 25 minutes. D'un autre côté des conduits en acier droits revêtus de matière réfractaire possèdent une durée de vie habituelle de deux traitements de désulfuration lorsqu'ils sont utilisés pour l'injection d'agents de désulfuration ne contenant pas de magnésium tels que le carbure de calcium et moins dlun traitement s'ils sont employés avec des poudres contenant du magnésium. Des matières sous forme de particules contenant du magnésium peuvent par exemple être une poudre de magnésium pure, des alliages de magnésium-aluminium, et des alliages de magnésium-calcium.Des dimensions typiques de particules pour la pratique de la présente invention sont de 0,30 à 0,85 mm. Une injection de telles poudres provoque une obturation de la lance durant les premiers moments du traitement et ainsi rapidement la rend inopérable. Le magnésium et ses alliages fondent à des températures relativement basses, par exemple 4250C à 593 OC et ensuite réagit rapidement avec le gaz véhicule d'azote. Par conséquent lorsque des poudres contenant du magnésium sont injectées dans la matière ferreuse e': fusion, la lance doit être suffisamment isolée de façon à empêcher une montée de la température dans le conduit 11 ne dépassant pas 4250C durant le procédé. La réaction a pour effet de former des produits de réaction sur les parois ou près du sommet du conduit 11. Plutôt que d'insérer la lance selon un certain angle par rapport à l'horizontale ainsi qu'on pratique dans la technique antérieure, la lance selon la présente invention est abaissée verticalement dans le bain. Une telle technique est illustrée dans la fig. 2 qui décrit la lance 21 en combinaison avec une poche tonneau 22. La lance représentée en traits interrompus 23 montre la position de la lance 21 avant son insertion dans la poche tonneau 22. La fourniture et l'emploi efficace du mélange gaz véhicule - particules de matière réactionnaire est facilitée par un pliage de la partie inférieure de la lance ainsi qu'il est montré dans la fig. 1. Si on le désire, le dispositif peut être realisé pour permettre la rotation de la lance autour de son axe o o de 5 à 15 pour garantir une insertion au sommet de la lance sous le poids de la poche tonneau 22. Ceci facilite l'insertion de la lance dans la poche tonneau 22 et favorise également Pefficacite du procédé de désulfuration. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être decrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Revendications: 1. Lance pour injecter un mélange de particules de matière réactionnelle et un gaz véhicule en-dessous de la surface d'une matière ferreuse en fusion pour la désulfurer, comprenant un conduit rigide ouvert aux extrémités, allongé dont la première extrémité est adaptée pour être reliée à un dispositif d'amenée pour introduire ce mélange dans le conduit d'amenée et dont la deuxième extrémité convient pour injecter les mélanges en-dessous de la surface de la matière ferreuse en fusion après le passage à travers le conduit d'amenée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: a) une couche de matière isolante disposée autour et en contact direct avec ce conduit d'amenée, cette couche isolante ayant une épaisseur suffisante pour empêcher la fusion de la matière de particules et sa réaction avec le gaz véhicule, b) un deuxième conduit rigide disposé autour et en contact direct avec cette couche isolante et, c) une couche de matière réfractaire disposée autour et en contact direct avec ce deuxième conduit, cette matière réfractaire ayant une composition telle qu'elle résiste à l'érosion lorsqu'elle est placée en contact avec la matière ferreuse en fusion et ayant une épaisseur suffisante pour empêcher la fusion de cette matière de particules et sa réaction avec le gaz véhicule. Lance selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle est pliée près de sa deuxième extrémité selon un angle de 300 à 450 par rapport à son axe longitudinal. 3. Lance selon la revendication 1, caractérisée en ce que cette deuxième extrémité du conduit d'amenée est sensiblement de niveau avec cette matière isolante, le deuxième conduit et la matière réfractaire. 4. Procédé pour injecter un mélange de particules de matière réactionnelle et un gaz véhicule en-dessous de la surface de matière en fusion pour la désulfurer caractérisé par l'utilisation de la lance d'injection selon la revendication 1 pour injecter le mélange en-dessous de la surface de la matière ferreuse en fusion sans provoquer la fusion de ces particules de matière et sans causer la réaction de ces particules de matière avec le gaz véhicule. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière sous forme de particules comprend un produit choisi parmi le magnésium, les alliages à base de magnésium, et les composés contenant du magnésium et le gaz du transport et de l'azote. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une température ne dépassant pas 4250C est développée dans le conduit de transport pendant l'utilisation de la lance.