Brevet FR2402006A1 — publié le 19790330

La présente invention a pour objet une lance utilisée en métallurgie pour l'injection de matériaux dans des récipients contenant du métal fondu. Au cours du traitement du métal fondu, il est nécessaire dtin- troduire, à l'intérieur de la masse de métal fondu, des matériaux capables d'effectuer certaines réactions chimiques avec le mélange. C'est ainsique, dans le procédé généralement connu sous le nom de désulfuration de l'acier dans les poches de transfert, une lance est reliée à une source d'azote sous pression et à un réservoir de carbure de calcium pulvérulent, le gaz et la. poudre formant un système fluidisé, et qui est injecté par la lance sous la surface du métal fondu.La réaction intervient entre les constituants du métal et le réactif avec un échange de sulfure depuis le métal vers le lit de calcium qui est forme Le succès de telles méthodes d'injection et pour cette raison d'autres procédés d'injection métallurgiques à chaud, dépend entièrement de l'utilisation d'une lance economique et capable de résister au milieu ambiant du procédé, dans lequel il subit des forces physiques dues à la turbulence, aux vibrations, aux pulsations d'injection, combinées avec des contraintes thermiques dues au chauffage et au refroidissement rapides. Il faut considérer les différences de température que subit le tube d'acier qui est normalement utilisé, ainsi que le revêtement réfractaire, dont il est le plus souvent équipé.Ces contraintes provoquent la dégradation de la lance, surtout si on les considère prises en combinaison avec l'érosion chimique inévitable aux hautes températures de réaction. Afin d'améliorer la durée de vie de la lance, il a été imaginé d'équiper le tube d'acier d'un enroulement hélicoldal de fils de manière à obtenir une espèce de maille soudée sur le tube. Un revêtement réfractaire était ensuite appliqué sur le tube, pour lequel la maille métallique jouait le rôle d'ancrage. Néanmoins, il a e été constaté en pratique que la lance ne pouvait recevoir un revêtement réfractaire d'une épaisseur supérieure a' 15 mm, et qu'avec un revêtement de cette épaisseur il a également été constaté en pratique que la détérioration de la lance était ex trêmement rapide, à tel point que plusieurs lances étaient né- cessaires pour effectuer une désulfuration à grande échelle, de poche contenant 240 tonnes de métal fondu.Le décollement ou la séparation des couches de revêtement réfractaire intervient en même temps que des fissures longitudinales, ainsi que des craquelures de celui-ci, accompagnées de boursouflures et de gonflements qui s'aggravent au cours du passage du gaz lors de la période de chauffage de la lance. Ces facteurs associés avec un mécanisme de refroidissement insuffisant pendant les périodes de mise en place et de retrait de la lance coopèrent à réduire la durée de vie de celle-ci. L'expérience a montré qu'avec une lance du type précité, il était difficile d'obtenir une épaisseur de revêtement réfractaire suffisante pour avoir une différence thermique satisfaisante entre l'intérieur et l'extérieur du revêtement réfractaire (plus de 20 mu ) pour que le réfractaire vienne en complément du fluide de refroidissement passant à travers la lance. En effet, un tel revêtement ne peut être mis en place par des moyens d'extrusion sans qu'il se produise un fissurage, et ne peut être retenu en place sur le tube métallique par l'ancrage procuré par la maille métallique. Afin de remédier à ces inconvénients, il a été proposé par le Demandeur, notamment dans son brevet britannique ne 1 431 123, de prévoir une lance sur laquelle seraient fixés des dispositifs d'ancrage selon sa longueur et selon la circonférence d'un tube métallique, de prévoir des dispositifs d'ancrage additionnels selon la longueur et la circonférence du tube métallique, et d'appliquer le matériau réfractaire sur le tube et sur les dispositifs d'ancrage qui lui sont associés par une technique de moulage par vibrations. Le procédé ainsi que les lances obtenues par celui-ci se sont réivéPées très intéressantes par leur simplicité, accompagné d'une réduction de coût sensible. D'un point de vue du résultat, il était ainsi obtenu une lance susceptible d'utilisationsrépé- tée par exemple, lors de plusieurs processus de désulfuration Selon la présente invention, il est prévu une lance à usage métallurgique pour l'injection de matériaux fluides dans du métal fondu, comprenant une certaine longueur de tubes métalliques présentant des nervures continues s'étendant longitudinalement, des moyens de pontage des extrémités extérieures des nervures servant à la fixation de dispositifs d'ancrage, les dits moyens étant espacés longitudinalement sur le tube, et un revêtement en un matériau refractaire recouvrant celui-ci. Quoique deux nervures diamètralement opposées soient suf fisantes, il est préférable d'en prévoir au moins trois présentant un décalage angulaire égal le long de la circonférence du tube. Avantageusement, les moyens réalisant le pontage des extrémités extérieures des nervures sont constitués par du fil de fer barbelé ayant subi un enroulement hélicoïdal le long des nervures, les parties saillantes du fil de fer jouant le rôle d1an- crages.En utilisant au moins trois nervures, le fil de fer bar belé est inévitablement espacé du tube et, par suite, lors de l'application d'un matériau réfractaire convenable, les pointes du fil de fer sont complètement noyées dans le matériau réfrac- taire participant ainsi à la fixation du matériau réfractaire sur le tube. Les nervures longitudinales et continues que présente le tube peuvent faire partiesintégrantes de celui-ci, l'ensemble pouvant être obtenu par extrusion. Inversement, elles peuvent être indépendantes de celui-ci et fixôessur sa périphérie par soudage. Quoique n'importe quelle technique de dépôt du matériau ré- fractaire sur le tube puisse être employée, telle qu'un moulage conventionnel ou même une extrusion, il est préféré, selon un autre aspect de l'invention d'employer une technique de coulage par vibration et de compression pour s'assurer que le revêtement est exempt de fissures. En outre, selon un autre aspect de l'invention, le procédé de fabrication d'une lance du type ci-dessus consiste à former un certain nombre de nervures longitudinales continues sur un tube métallique, ces nervures étant décalées angulairement sur la périphérie du tube, à appliquer autour des nervures des moyens destinés à supporter les ancrages, de telle sorte que les ancrages s'retendent autour de la périphérie du tube et le long de celui-ci, à fixer le tube ainsi que ses ancrages dans un moule ouvert à sa partie supérieure, à placer dans le moule une quan tité convenable de matiere réfractaire, à faire subir au moule des vibrations de manière à répartir de manière compacte le ma tériau réfractaire autour de la périphérie du tube et des nervures, et lorsque les ancrages sont noyés dans le matériau ré- fractaire, à soumettre celui-ci à une opération finale de compression, et enfin à sécher le revêtement sur le tube. De préférence, les ancrages sont constitués par les pointes d'un fil de fer barbelé qui est enroulé de façon hélicoldale sur les nervures du tube. De manière générale, les vibrations-auxquelles le moule est soumis sont extrêmement rapides, de l'ordre de 1 400 à 3 000 cy cles/minute.Quoiqutun séchage conventionnel puisse être utilisé, il est avantageux de sécher le revêtement de l'intérieur vers l'ex- térieur pour éviter la formation de fissures de séchage.Par exemple une résistance électrique conduisant l t électricité est positionnée à l'intérieur du tube, le courant passant le long de 1'élément procurant, du fait de la résistance, de la chaleur qui agt de l'intérieur du tube vers I'extérieurc Le cycle de température peut être contrôlé par un thermocouple, afin de fournir une température correcte non seulement pour le chauffage, mais aussi pour la formatiai complète de toute liaison chimique dans le cas où le matériau réfractaire appliqué sur le tube est un réfractaire à liaison chimique. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette lance et de son mode de mise en oeuvre Figure 1 est une vue en élection d'une lance selon l'invention Figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de figure 1 Figure 3 représente une vue correspondant à celle de figure 2 d'une seconde forme d'exécution de cette lance Figure 4 est une vue correspondant à celle de figure 2 montrant une troisième forme d'exécution de cette lance Figure 5 est une vue correspondant à celle de figure 2 représentant une quatrième forme d'exécution de cette lance. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 et 2, une lance 1 pour l'injection de matière fluide dans un métal fondu, est constituée par un tube métallique 2 présentant quatre nervures externes longitudinales et continues 3, présentant un décalage angulaire de 90 les unes par rapport aux autres sur la périphérie du tube. Les nervures 3 ont été formées indépendamment du tube puis soudées sur celui-ci.Une certaine longueur de fil de fer barbelé 4 est enroulée de façon hélicoidale autour du tube 2 et des nervures 3, de telle sorte que, comme représenté plus particulièrement à la figure 2, les pointes du fil de fer sont suffi samment espacées du tube 2. Autour du tube 2 est prévu un revêtement 5 réalisé en un matériau réfractaire convenable qui, comme représenté à la figure 2, est en contact intime avec le tube 2 et, par conséquent 7 les nervures 3 et le fil de fer barbelé 4 sont noyés dans cette couche réfractaire. Les pointes du fil de fer barbelé 4 et, dans une moindre mesure les nervures 3, étant complètement noyées dans le revêtement réfractaire, jouent le rôle d'ancrages possèdant une grande ef ficacité et aidant au maintien du matériau réfractaire sur le tube au cours de l'utilisation de celui-ci. Quoique quatre nervures 3 soient représentées aux figures 1 et 2, il est aisément compréhensible qu'un'nombre différent et qu'un agencement différent des nervures pourraient être envisagées. A titre d'exemples, les tubes représentés aux figures 3 à 5 comportent respectivement trois, cinq et six nervures 3. Le procédé préferé d'obtention des lances correspondant aux figures 1 à 5 est d'utiliser une technique de vibration et coulage. De la sorte, à la suite du soudage des nervures 3 sur le tube 2 et à l'enroulement helicoidal du fil de fer barbelé 4, le tube 2 est placé dans un moule dont la partie supérieure est ouverte et présentant une cavité de la dimension requise pour le revêtement 5 de matériau réfractaire. Le matériau réfractaire, sous forme d'un mélange humide, est introduit dans le moule de manière à entourer le tube, et le moule est soumis à des vibrations à une fréquence importante de 1400 à 3000 cycles/minute à la suite de quoi la lance est soumise à une étape finale de compression. Le matériau réfractaire est ensuite séché et quoique plu sieurs techniques de séchage puissent être utilisées, il est pré- férable de sécher le matériau de l'intérieur vers l'extérieur afin d'éliminer la formation de craquelure au séchage. De cette façon, un élément de chauffage électrique peut être glissé à l'in térieur du tube 2. Le cycle de séchage est commandé par un thermocouple et un contrôleur de température non seulement pour fournir des températures de chauffage satisfaisantes, mais aussi pour être certain de la formation de toute liaison chimique lorsque le matériau réfractaire utilisé et appliqué sur le tube est un réfractaire à liaisons chimiques. REVENDICATIONS ~~~~~~~~~~~~~~ 1 - Lance utilisée en métallurgie pour injecter des produits fluides dans un métal en fusions caractérisée en ce qu'elle comprend un tube métallique présentant un certain nombre de nervures externes longitudinales, des moyens pour réaliser le pontage des parties extérieures des nervures, et servant à la fixation de dispositifs d'ancrage, les dits moyens étant espacés longitudinalement sur le tube, un revêtement réfractaire étant prévu autour de celui-ci. 2 - Lance selon la revendication 1, caractérisée en ce qutelle comprend trois nervures. 3 - Lance selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens réalisant le pontage des parties extérieures des nervures sont constitués par du fil de fer barbelé ayant subi un enroulement hélicoldal autour du tube et des nervures, les pointes du fil de fer formant les dispositifs d'ancrage. 4 - Lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen ce que les nervures longitudinales font partie intégrante du tube, l'ensemble étant obtenu par extrusion. 5 - Lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les nervures longitudinales sont constituées par des éléments indépendants du tube,fixés sur la péri phérie de celui-ci par soudage. 6 - Procédé de fabrication de la lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un certain nombre de nervures longitudinales continues sur un tube métallique, décalées angulairement à la péri phérie de celui-ci, à appliquer sur la périphérie des nervures des moyens de support d'ancrages, de telle sorte que les ancrages s'étendent autour de la périphérie du tube et le long de celui-ci, à placer le tube ainsi que ses ancrages dans un moule dont la partie supérieure est ouverte, à placer dans le moule une quantité satisfaisante de matériaux réfractaires, à imprimer des vibrations au moule afin de réaliser le compactage du matériau réfractaire autour du tube et des nervures, puis, lorsque les ancrages sont noyés dans le matériau réfractaire, à faire subir à celui-ci une opération finale de compression, et enfin à sécher le revêtement sur le tube. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence des vibrations imprimées au moule est de 1 400 à 3000 cycles/minute. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est séché de l'intérieur vers l'extérieur. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage utilisés sont constitués par un élément électrique résistant glissé à l'intérieur du tube. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la température de séchage est choisie non seulement afin de procurer un séchage satisfaisant, mais aussi afin de réaliser de maniere certaine la formation de toute liaison chimique du matériau réfractaire dans la mesure où la nature de celui-ci l'impose.