Brevet FR2308687A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne des lances utilisées en sidérurgie pour insuffler dans un bain de métal en fusion des gaz contenant éventuellement des produits solides en suspension. I1 est de pratique courante en sidérurgie d'utiliser des lances plus ou moins complexes pour introduire dans un bain métallique en fusion des agents réactifs sous forme gazeuse ou solide, destinés, par réaction avec le métal à en modifier la composition. L'exemple le plus répandu est l'affinage de la fonte par l'oxygène. Ce courant d'oxygène contient souvent en suspension des produits solides qui participent également à l'affinage du métal. D'autres modes de traitement ont pour but de parachever l'affinage, d'effectuer des mises à la nuance ou des opérations et sont mis en oeuvre dans des poches ou des fours chauffés par exemple par induction. Dans ces derniers cas, on peut souffler le courant gazeux sur le bain, mais il est souvent préférable, voire indispensable, de souffler dans le bain métallique. Ceci est particulièrement vrai dans le cas où l'on souffle en même temps que le gaz des poudres fines et très légères ou des poudres qui sont réactives vis-à-vis de l'atmosphère et du bain de métal. C'est par exemple le cas lorsque l'on effectue une désulfuration avec de la poudre de magnésium en suspension dans un gaz porteur. On conçoit que pour pouvoir souffler un gaz au moyen d'une lance immergée dans un bain à haute température, cette dernière doit avoir des caractéristiques de résistance très particulières tant thermique que chimique. Les lances destinées à cette utilisation comportent donc un corps central formé d'un tube métallique et une enveloppe extérieure en matériau réfractaire en contact avec le métal fondu. Ces lances ont une longueur assez importante qui peut atteindre plusieurs mètres. On a constaté en cours d'utilisation, et en particulier lorsque le gaz insufflé contient des matières solides en suspension, que ces lances sont soumises à des vibrations, surtout à leur extrémité libre immergée dans le bain de métal. Il en résulte rapidement une cassure du réfractaire de protection et une détérioration rapide du tube métallique qui se trouve alors en contact avec le métal. Le but de la présente invention est de fournir une lance dite "immergée" pour l'insufflation de produits gazeux dans un bain métallique, dont la résistance mécanique permet une utilisation de durée accrue. A cet effet, l'objet de l'invention est une lance constituée d'un corps central métallique creux revêtu d'un gainage réfrac----- taire de protection et dont le corps central comprend au moins deux tubes concentriques emboités l'un dans l'autre. Selon l'invention, les tubes sont solidarisés deux à deux par soudures, celles-ci étant réalisées en ménageant dans le tube extérieur des trous dans lesquels on introduit de -la soudure, de manière à former des points d'attache entre les tubes. Ces points d'attache sont disposés en quinconce sur la longueur des tubes. Comme on l'a exposé plus haut, les ruptures enregistrées avec les lances connues proviennent des vibrations de la lance qui résultent elles-memes d'un manque de rigidité de l'ensemble. I1 est bien certain que pour remédier à cette faiblesse mécanique, il est possible d'augmenter l'épaisseur du tube métallique central. En fait, cette solution n'est pas pratiquement envisageable car elle conduit à utiliser des tubes de très forte épaisseur que l'on ne trouve pas dans le commerce et qui devraient être usinés dans des pièces massives par des ateliers spécialement outillés et, de ce fait, très comateux. On conçoit donc que même si cette solution est technologiquement possible elle n'est pas envisageable du point de vue économique. Le demandeur a donc pensé à réaliser une lance à partir des tubes industriels disponibles dans le commerce et.à assurer la rigidité de la lance par un emboîtement de plusieurs tubes les uns dans les autres solidarisés en plusieurs endroits répartis sur toute longueur. Les essais réalisés ont montré que cette technique permettait d'obtenir avec plusieurs tubes d'épaisseur courante un ensemble dont la rigidité s'avèrerait égale, sinon supérieure, à celle obtenue avec un seul tube d'épaisseur correspondante. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce à la description qui suit, donnée à titre d'exemple en regard de la planche de dessin sur laquelle la figure unique représente une vue en coupe d'une lance comportant un corps central métallique à plusieurs éléments. Sur cette figure, on voit que la lance comprend un premier tube 1 disposé concentriquement dans un second tube 2 qui s'étend comme le tube 1 sur toute la longueur de la lance. Ce tube 2 est percé de trous 3 disposés en regard et décalés deux à deux sur toute la longueur du tube. L'assemblage des tubes l'un à l'autre est obtenu en introduisant la soudure 4 dans les trous 3, de manière à réaliser sur toute la longueur des tubes, des points d'attache. Cette technique est utilisée quel que soit le nombre de tubes emboîtés les uns dans les autres. On réalise ainsi une structure composite qui constitue le corps central de la lance. Pour accroître encore la rigidité de l'ensemble, le tube 2 est emboîté dans un tube 5 sur une partie de sa longueur, ce qui accroit considérablement la rigidité de l'ensemble. On réalise ainsi un corps central composite de grande épaisseur à partir de tubes de dimension commerciale et dont la rigidité est très grande, chaque tube extérieur constituant une sorte de '.frettez vis-à-vis du tube extérieur. L'ensemble est ensuite protégé au moins sur une partie de sa longueur par un enrobage 6 en produit réfractaire pour isoler les tubes de tout contact avec le métal. Pour fixer les idées, on va donner maintenant les dimensions des divers éléments constitutifs d'une lance dont la longueur est de 3,5 mètres et dont la profondeur d'immersion dans le bain métallique est comprise entre 90 cm à 150 cm. Le tube central 1 de la lance dont la longueur est de 350 cm est constitué d'un tube métallique dont les cotes sont de 25,4 x 33,5 mm. Ce premier tube 1 est emboîté dans un second tube métallique 2 de 350 cm de longueur dont les cotes sont de 36 x 56 mm, c'est-à-dire présentant une épaisseur de 20 mm. Tous les 40 cm environ, des couples de trous 3 sont percés dans ce tube pour assurer son assemblage parsso4urçegavçc le tube central. Ces trous, pour des raisons mécaniques évid +te osont disposés en quinconce les uns par rapport aux autres. Cette teique de soudure est très pratique car elle s'effectue de l'extérieur et,eile assure un assemblage très rigide des tubes. Les trous 3 ost, un diamètre de l'ordre de 16 mm. Dans sa partie supérieure et sù ne longueur d'environ 130 cm, le tube 2 est emboîté dans un troisième tube 4 dont les cotes sont de 56 x 71 mm. Ce dernier élément contribue considérablement à augmenter la rigidité de la lance dans sa partie haute et porte l'épaisseur totale de la partie métallique à 43 irin. De même que le tube 2, le tube 4 comporte des séries de trous afin de réaliser leur assemblage par soudure. Enfin, la partie basse de la lance est enrobée dans un matériau réfractaire sur une longueur d'environ 270 cm.L'enrobage s'effectue au moyen d'un moule comportant deux demi-coquilles dans lesquelles on place la partie métallique, et que l'on remplit de mélange réfractaire. Cette technique de réalisation permet, ainsi qu'on l'a vut de fabriquer des lances très rigides, mais permet une grande souplesse de réalisation. Par exemple, en règlant les longueurs respectives des tubes, on peut réaliser des renforcements dans certaines zones. On peut également, en jouant sur le nombre de tubes emboîtées, adapter la rigidité aux impératifs de travail tout en n'utilisant que des tubes industriels. Enfin, il est possible d'utiliser des tubes en matériau de différentes natures Ceci est intéressant, en particulier pour le tube central qui est parcouru par le flux de matières insufflées, car il est possible de choisir la nature de ce tube en fonction de la composition du flux de produit afin d'obtenir la tenue optimale. Un autre intérêt de ce type de lance est la possibilité d'ajuster le diamètre intérieur en fonction des débits des concentrations de matières en suspension et de leur granulométrie. En effet, on peut introduire dans le passage central des tubes de plus petit diamètre correspondant aux conditions de soufflage. I1 est bien certain que ce tube sera animé de vibrations, mais sans effet néfaste, d'une part parce que ces vibrations seront limitées en amplitude par le tube constituant le corps central, et d'autre part parce qu'elles n'intéressent pas le tube supportant le gainage réfractaire. En conclusion, on voit que l'on peut obtenir un ensemble très rigide dont la résistance est excellente, en utilisant uniquement des produits bon marché et une technique d'assemblage simple et rapide. REVENDICATIONS 1. Lance pour l'insufflation, sous la surface d'un bain métallique, de produits gazeux contenant éventuellement des produits solides pulvérulents, constituée d'un corps central métal lique creux, revêtu d'un gainage réfractaire de protection, caractérisée en ce que le corps central est formé d'au moins deux tubes disposés concentriquement et emboîtés l'un dans l'autre, l'un au moins des tubes s'étendant sur toute la longueur de la lance. 2. Lance selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tubes sont solidarisés deux à deux par soudure. 3. Lance selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque tube extérieur à un autre tube comporte des trous répartis sur la longueur du tube dans lesquels est introduite de la soudure pour former des points d'attache qui solidarisent les deux tubes. 4. Lance selon la revendication 3 caractérisée en ce que les trous pour réaliser les points d'attache sont disposés en quinconce.