Brevet FR2388054A1 — publié le 19781117

L'invention concerne une lance refroidie pour l'insufflation de produits gazeux, contenant éventuellement en suspension des solides en poudre, dans un bain de métal en fusion et plus spécialement une lance destinée au traitement du métal liquide au four électrique. Au four électrique, les charges sont habitueliément constituées principalement de ferrai-lles; quelquefois mélangées à de la fonte , ce sont donc des produits assez fortement carburés et il est necessaire de proceder à leur décarburation, ainsi qu'à l'élimination, si nécessaire, d'éléments indesirables tels que le phosphore. Ce traitement s'effectue par oxydation directe, généralement à l'aide d'oxygène sensiblement pur, contenant éventuellement des produits pulvérulents, par exemple de la chaux, insufflés dans le bain métallique au moyen d'une lance immergée. Les lances utilises jusqu'ici sont, la plupart du temps, tenues par un opérateur et enfoncées dans le bain au fur et à masure, afin de maintenir constante la hauteur immergée en dépit de l'usure.Les condi tions régnant dans le four étant particulièrement agressives la durée de vie moyenne d'une lance est d'environ 3 mn et il faut donc, pour assurer le traite- ment-complet d'une charge, changer plusieurs fois de lance, ,habituellement 1,5 fois en moyenne. Pour les fours de puissance moyenne le temps de sejour de la charge est de l'ordre de 3 à 4 h et par consequent, le temps d'insufflation, compte tenu-des changements de lance, est négligeable devant la durée totale des opérations.Par contre avec les fours à très haute puissance, qui ont tendance à se développer de plus en plus pour des raisons de productivité, le temps mis pour effectuer un changement de lance intervient dans la durée totale de séjour qui est généialement de moins de deux heures. Le but de la presente invention est préÇisemment de fournir une lance pouvant assurer l'insufflation de gaz oxydant pour le traitement de nombreuses charges sans subir d'usure importante. A cet effet l'invention a pour objet-un procédé de refroidissement d'une lance pour llinsufflation de produits gazeux, contenant eventuellement des produits solides pulvérulents, dans un bain de metal liquide, ladite lance comprenant un tube metallique interne, constttuant un passage pour le produit gazeux, un tube métallique concentrique extérieurement au précédent et un gai nage refrac- taire. Dans l'espace annulaire de très faible dimension défini par les deux tubes coaxiaux on injecte un liquide de refroidissement. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le refroidissement est assure par un gaz liquéfié, de préférence de l'anhydride carbonique liquide, ou par un hydrocarbure liquide comme le fuel, le butane, le propane, etc... Comme on le comprend, la différence essentielle entre les lances utilisées jusqu'ici et celle mise au point par le demandeur est la présence, dans cette derniere, d'un système de refroidissement extrêmement efficace. La partie immer gée de la lance, froide, ne subit pratiquement pas d'usure par "dissolution" dans le bain métallique ; contrairement aux lances classiques, le mode d'usure prépondérant devient alors l'attaque du réfractaire par le laitier. Cependant, la portion de lance immergée dans la couche de laitier est à une température relativement basse, de l'ordure de 500 à 600"C, et même l'usure par réaction avec le laitier n'est pas très rapide, à condition d'employer un réfractaire judicieusement choisi.La lance selon l'invention, utilisée de façon correcte, en évitant en particulier les rentrées de métal liquide à l'extrémité inférieure, peut donc assurer l'insufflation de gaz oxydant pour un très grand nombre de charges Elle permet par conséquent de diminuer de façon sensible la durée globale de traitement de la charge et d'accroitre ainsi de manière non négligeable la productivité du four. D'autre part, la longueur de la lance demeurant sensiblement constante pendant toute la durée d'insufflation, il n'est plus nécessaire de l'enfoncer peu à peu dans le bain. L'opérateur qui habituellement tenait la lance peut être remplacé par un support, de conception mécanique relativement simple, qui maintient la lance immergée à une profondeur prédéterminée. En outre, cette position constante de la lance assure des conditions régulières et reproductibles d'insufflation et, partant, des résultats métallurgiques réguliers sur le produit traité ainsi qu'une usure plus faible des réfractaires du four. Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser des économies appréciables sur les lances elles-mêmes, la main d'oeuvre chargée de la préparation et de l'opération des lances, ainsi que sur la réfection des réfractaires du four. De plus elle assure une augmentation de productivité de l'installation. L'invention sera de toutes façons bien comprise en se reportant à la description qui va suivre, donnee à titre d'exemple en référence à la planche de dessin annexée sur laquelle la figure unique représente une vue en coupe d'une lance selon l'invention. Sur cette figure, on peut voir en 1 le tube central de la lance à l'inté- rieur duquel passe le gaz oxydant, mélange d'oxygène sensiblement pur et de chaux en poudre dans l'exemple considéré. Un second tube 2, coaxial exterieure- ment au tube 1, s'étend comme ce dernier sur toute la longueur de la lance. Entre les tubes 1 et 2 est ménagé un espace annulaire 3, débouchant vers l'extérieur à l'extrémité immergée de la lance et par lequel est injecté le liquide de refroidissement, de l'anhydride carbonique liquéfié dans l'exemple considéré.Afin de maintenir un centrage parfait des deux tubes 1 et 2 et donc un écoulement régulier du liquide de refroidissement, il est particulièrement avantageux de prévoir soit des bossages internes disposés en quinconce sur le tube 2, soit des cannelures ou des arêtes longitudinales sur la face extérieure du tube 1. Ces dispositions tout à fait classiques,n'ont pas été représentées, afin de conser ver toute sa clarté a la figure. Enfin, l'ensemble des tubes est gainé extérieurement par un manchon réfractaire 4, ce dernier s' étendant sur une grande partie de la longueur de la lance, supérieure a la hauteur plongee dans le bain metalli- que. Selon une variante d'exécution particulièrement avantageuse, l'extrémité immergée de la lance est renforcée a l'aide d'un tube 5, extérieur au tube 2 et l'emboitant étroitement, qui confère a l'ensemble une plus grande rigidité. Le manchon réfractaire peut notamnent être réalisé par moulage autour des tubes 2 et 5. De préférence on emploiera pour sa fabrication un réfractaire de bonne qualité tel que l'alumine pure afin de minimiser les risques d'usure par réaction avec le laitier. Les exemples suivants, donnés a titre purement illustratif, permettront de mieux fixer les idées. Au cours d'une opération de décarburation, effectuee dans un four a arcs de 50 tonnes, on utilise une lance dont le tube interne, en cuivre, a un diamètre intérieur de 20 mm et un diametre extérieur de 27,6 mm, le tube externe en acier, a un diamètre intérieur de 28 mm et un diamètre exterieur de 36 mm. L'ensemble est recouvert d'un manchon de béton alumineux-de 80 mm de diamètre extérieur. Le tube interne porte sur sa surface exterieure des cannelures longitudinales definissant avec la surface interne du tube extérieur un espace annulaire de 20/100 mn.La lance est introduite dans le bain métallique par la porte de travail du four a arcs. Afin d'abaisser la teneur en carbone de la charge de 1 X on insuffle pendant au moins 5 mn de l'oxygène sensiblement pur avec un débit de 10 m3/mn. La pression de ce gaz, en têtede lance est d'environ 16 bars. Dans un premier essai le refroidissement est assure par de l'anhydride car bonique liquefié, injecté dans l'espace annulaire. Il faut employer environ 0,85 kg d'anydride carbonique liquide par heure et par mm de périmètre. La pression de ce fluide, en tête de lance est comprise entre 25 et 60 bars. Au cours d'un deuxième essai, effectue avec une lance identique et dans les conditions semblables, le refroidissement est assuré par injection de fuel sous pression. Dans ce cas il faut utiliser 0,7 litres de fuel par minute. La vitesse de sortie du fuel est alors 7 m/s. Dans les deux cas, on a constate que la lance retirée du bain une fois la decarburation achevée n'avait pas subi de diminution sensible de longueur. Bien entendu ces exemples sont donnes a titre nullement limitatif et, dans chaque cas particulier, le spécialiste saura déterminer, les pressions et débits a employer, ainsi que les dimensions correspondantes des tubes. REVENDICATIONS 1 - Procédé de refroidissement d'une lance pour l'insufflation de produits gazeux, contenant éventuellement des produits solides pulvérulents en suspension, dans un bain de métal liquide, ladite lance comportant un tube métallique interne constituant un passage pour le produit gazeux, un tube métallique concentrique extérieurement au précédent procédé, caractérisé en ce que dans l'espace annulaire de faible dimension défini par les deux tubes coaxiaux on injecte un liquide de refroidissement. 2 - Procédé selon la revendication 1 caracterise en ce que le liquide. de refroidissement est un gaz liquéfie. 3 - Procede selon la revendication 2 caracterise en ce que le liquide de refroidissement est de l'anhydride carbonique liquéfié. 4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est un hydrocarbure liquide. 5 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est du fuel. 6 - Lance pour l'insufflation de produits gazeux, contenant éventuellement des produits solides pulvérulents en suspension, dans un bain de métal liquide, colportant un tube métallique interne constituant un tube métallique interne constituant un passage pour le produit gazeux, un tube métallique concentrique extérieurement au précédent et un gainage refractaire, caractérisée en ce que les deux tubes coaxiaux définissent un espace annulaire de tres faSble-dimension a l'intérieur duquel est injecte un liquide de refroidissement.