Brevet FR2387291A1 — publié le 19781110

La présente invention se situe dans le domaine de l'élaboration des métaux et concerne plus particulièrement les tuyères de convertisseur d'affinage à soufflage par le fond. Il est connu d'améliorer la tenue des tuyères de convertisseur à soufflage par le fond en entourant-le courant principal d'agent d'affinage, qui est généralement de l'oxygène, par un voile périphériquede fluide protecteur, qui peut être un gaz, tel que la vapeur d'eau, un hydrocarbure gazeux...., ou un liquide comme du fuel, de l'eau, du gaz carbonique liquide,~etc.... A cette fin, les tuyères sont composées d'au moins deux tubes concentriques un tube interne, généralement en cuivre, définissant le passage pour l'agent d'affinage, et un tube périphérique, le plus souvent en acier, centré autour du tube interne et définissant avec ce dernier un espace annulaire dans lequel est injecté le fluide protecteur. On connaît plusieurs technol-ogies de tuyères du- type précité. L'une d'entre elles consiste à réaliser l'espace annulaire entre les deux tubes par une pluralité de bossages,ménagés soit sur le tube interne, soit sur le tube exterieur au moyen de nombreuses petites déformations ponctuelles réalisées en quinconces à la périphérie de ce dernier. Ces tuyères, habituellement dénommées "tuyères à bossages internes", bien que protégées par une circulation de fluide protecteur, s'usent cependant généralement plus vite que le fond du convertisseur, et ceci, semble-t-il, quel que soit le débit du fluide protecteur.Une autre technologie, comme le décrit le brevet français n" 2.050.250 consiste à usiner à l'interface des deux tubes, des cannelures longitudinales, représentant chacune un passage pour le fluide de protection. Ces tuyères présentent par rapport aux tuyeres à bossages une durée de vie améliorée. Mais il arrive, pour des raisons encore mal définies, que momentanément une partie de la périphérie de la tuyere ne soit plus irriguée par le fluide protecteur ; on observe alors une usure "en biseau" bien-connue par les spécialistes dans le domaine technique considéré. Rebut de la présente invention est de proposer une nouvelle technologie de tuyères permettant d'eviter les inconvenients précités. A cet effet la présenteinvention a pour objet unie tuyere de convertisseur d'affinage à soufflage par le fond comportant au moins deux tubes concentriques pouvant coulisser l'un dans l'autre et définissant entre eux un espace annulaire le centrage du tube intérieur dans le tube périphérique etant assuré par des nervures (arêtes) longitudinales, régulièrement espacées les unes des autres. Ces nervures peuvent etre formées soit sur la surfaceextérieure du tube interne, soit sur la surface intérieure du tube périphérique. D'autre par, ces nervures peuvent être soit rectilignes, soit helicoldales. Selon une disposition de l'invention ces nervures présentent une hauteur comprise entre environ 0,1 et 0,3 mm. Conformément à une réalisation préferée ces nervures présentent une section droite de forme arrondie. Comme on le comprend, la presente invention consiste donc, dans ses caracte- ristiques essentielles, à ménager, à la limite de séparation des deux tubes, des nervures longitudinales assurant à la fois le centrage des tubes et la canalisation du fluide protecteur. Les etudes menées par le demandeur ont montré qu'un des critères essentiels pour l'absence d'usure des tuyères résidait dans une répartition symétrique et homogène du fluide protecteur à la périphérie de ces dernières ; la "symétrie" devant être assurée par un bon centrage des deux tubes, l'"homogénéitè", quant à elle, devant être obtenue grâce à un espace annulaire aussi continu que possible dans une section droite quelconque de la tuyère.A ce double égard, la tuyère selon l'invention donne entière satisfaction : les nervures permettent d'obtenir un meilleur centrage que les bossages et la surface de contact entre les deux tubes, considérablement plus réduite que dans le cas de la tuyère à cannelures, procure, contrairement à cette dernière, un espace annulaire pratiquement continu. L'invention sera bien comprise et d'autres avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence à la figure unique annexée représentant une vue en perspective partiellement arrachée de la tuyère-conforme à l'invention. La tuyère représentée sur la figure équipe un convertisseur d'essai de 6 tonnes, soufflant en moyenne 8 Nm3/mn et par tuyère (le convertisseur comprend deux tuyeres). Le tube extérieur en acier 1 est un tube calibré présentant un diametre intérieur de 21 mm et un diametre extérieur de 25 mm. Quant au tube intérieur en cuivre 2, il présente un diametre intérieur de 15 mm et un diamètre extérieur de 20,8 mm. L'espace annulaire 3 confiné entre les deux tubes présente donc une épaisseur de 0,1 mm. Au moment du montage de la tuyère le tube intérieur coulisse dans le tube extérieur et le centrage est assuré par des nervures longitudinales rectilignes 4 régulièrement espacées l'une de l'autre. Dans l'exemple décrit les nervures sont au nombre de 10.Elles ont eté réalisées par etirage du tube en cuivre. Cette operation écrouit le cuivre et donne aux nervures une résistance équivalente à celle de l'acier doux dont est constitué le tube extérieur. Ceci permet aux nervures de ne pas être ecrasees quand les deux tubes sont emnanchés l'un dans l'autre et de continuer à assurer leur fonction de centrage. Un autre avantage de cette méthode de réalisation des nervures reside dans le fait que l'on peut ainsi, non seulement régler sans difficulté l'épaisseur de l'espace annulaire aux faibles valeurs precitées (de l'ordre de 0,1 mm) mais encore d'ajuster les deux tubes entre eux à partir de tubes du commerce dont les tolerances sont souvent voisines et même supérieures à l'épaisseur de cet espace annulaire.La forme de ces nervures peut être quelconque. Il est souhaitable néanmoins de minimiser le plus possible la surface de contact entre les deux tubes. A cette fin, les nervures presenteront, comme l-e montre la figure, une forme circulaire. De cette façon, on le comprend bien, la surface de contact est réduite sensiblement à une génératrice par nervure. Il existe plusieurs raisons majeures pour lesquelles il peut être nécessaire de rechercher une surface de contact minimale entre les deux tubes. L'une d'entre elle, d'ordre thermique, réside dans le fait que l'on réduit ainsi au maximum les possibilités de "ponts thermiques" entre les deux tubes. Une autre raison, d'ordre plus technologique, consiste dans un montage de ces tuyères beaucoup plus facile que celui des tuyères à cannelures, lesquelles assurent un centrage de qualité-similaire mais dont le jeu est nécessairement plus élevé.En effet, des essais comparatifs effectués par le demandeur entre une tuyère conforme à l'invention et une tuyère à cannelures, telle que décrite dans le brevet précite, ont montré, qu'à section égale de l'espace annulaire, la surface de contact entre les deux tubes est, dans le cas de la présente invention, considérablement plus réduite. Dans ces conditions, il est clair que les opérations de montage nécessitent un jeu nettement moins important ét ceci au bénefice de l'étanchéité entre les différentes portions consécutives de l'espace annulaire, portions qui se trouvent de ce fait independantes les unes des--autres. Il résulte de ce qui precède que la tuyère selon l'invention peut être considerée comme "auto-déboucheuse" : si, pour une raison quelconque, une portion de l'espace annulaire se bouche, la pression amont du fluide protecteur augmente jusqu'à pouvoir généralement provoquer le débouchage.Par contre la tuyère à cannelures de type connu se comporte, en raison des défauts d'étanchéité entre les cannelures, de façon similaire aux tuyères dites à- "bossages", et la pression dans une cannelure demeure pratiquement insensible aux bouchages éventuels. La tuyère selon l'invention est d'application générale quelle que soit la nature du fluide protecteur utilisé. Toutefois en raison de la faible dimension de l'espace annulaire, elle se trouve être bien appropriée à une protection par un liquide, par exemple du C02 liquéfié ou du fuel-oil. Bien entendu la présente invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit, tant en ce'qui concerne, la forme, le nombre, ou la réalisation des nervures, queles dimensions des differentes parties constitutives de la tuyère. A cet égard il est-clair que les caractéristiques chiffrées précédemment indiquées sont relatives à une installation d'essai, donc de- faible dimension, et l'homme de métier saura les extrapoler à-sa convenance en fonction de la taille de l'installation d'affinage dont il dispose-. A ce titre le demandeur signale qu'une épaisseur de l'espace annulaire pouvant varier de O,I à 0,3 mm est capable découvrir toute la gamme des installations connues à l'heure actuelle. D'autre part, des essais ont montré que la distance de séparation entre deux nervures consécutives devait être indépendante de la taille de la tuyere, et que sa valeur optimale se situait au voisinage de 6,5 mm. REYENDICATIONS 1 - Tuyère de convertissear d'affinagé à soufflage par le fond comportant au moins deux tubes concentriques pouvant coulisser l'un dans l'autre et définissant entre eux un espace annulaire, caractérisée en ce que le centrage du tube intérieur dans le tube périphérique est assuré par des nervures longitidunales régulièrement espacées l'une de l'autre. 2 - Tuyere selon la revendication 1 caracterisee en ce que les nervures longitudinales sont ménagées sur la surface externe du tube intérieur. 3 - Tuyère selon les revendications l ou 2 caractérisée en ce que les nervures longitudinales présentent une hauteur pouvant varier de 0,1 à 0,3mm suivant la taille de l'installation d'affinage à laquelle elle est destinée. 4 - Tuyère selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac terisée en ce que les nervures longitudinales présentent une section droite de forme arrondie. 5 - Tuyère selon la revendication 1 caractérisée en ce que la distance de séparation entre deux nervures consécutive est voisine de 6,5 mm. 6 - Procédé de fabrication d'une tuyère conforme à la revendication 2 caractérisee en ce que les nervures sont obtenues par étirage du tube interne.