Brevet FR2436188A1 — publié le 19800411

Linvention est relative à des ensembles à une ou plusieurs buses éjectrices servant à souffler sous vitesse au moins sonique des gaz, et/ou des gaz véhiculant des matières solides, sur la surface ou sous la surface d'un bain de métal fondu contenu dans un récipient, ou à injecter ces fluides dans un four contenant des produits, notamment du fer en fusion. En particulier l'invention est relative à des ensembles à une ou plusieurs buses servant à éjecter de ltoxygène, véhiculant ou non des matières solides, sur la surface du métal en fusion dans un convertisseur d'aciérie et servant à élaborer de l'acier. Les ensembles dont question travaillent en proximité immédiate de métal fondu et doivent donc résister aux hautes températures. Normalement l'arrivée du gaz à souffler vers l'ensemble à buses se fait par un tube, communément appelé "lance". L'ensemble comportant la (les) buses éjectrice(s) forme donc ltextrémité de la lance et est communément appelé "nez de lance". te nez de lance est donc l'ensemble qui termine la lance. Pour simplifier la description, ces termes sont aussi utilisés par la suite. Dans quelques cas d'application il est possible d'utiliser une lance de soufflage non refroidie. Dans le cas, actuellement le plus fréquent, d'utilisation des lances de soufflage pour 1' élaboration à l'oxygène de l'acier en convertisseur il n'est pas connu que l'utilisation d'une lance non -refroidie ait été possible. Dans tous les cas connus, les aciéries utilisent des lances refroidies. Le nez de lance suivant l'invention ne se rapporte qutaux lances refroidies;qui sont dans la construction d'usage toujours munies de dez de lance également refroidis, Ainsi la lances normalement constitude de plusieurs tubes concentriques ou emboités l'un dans l'autre, formant les chambres pour l'arrivée et le retour de liteau et la ou les chambres à gaz. Afin de mieux faire comprendre l'invention le dessin annexé figure 1 montre un exemple d'un nez de lance d'usage : I1 est constitué d'un fond extérieur (1) et d'un fond intérieur (2),reliés par la (les)busr(s) (3) et rempli intérieurement avec de l'eau. Son circuit d'eau est la continuation directe des chambres d'eau de la lance. ta fixation du nez de lance d'usage sur la lance (6) doit se faire par un procédé garantissant l'étanchéité absolue des chambres d'eau. Ainsi le nez de lance st normalement fixé par soudure. Le nez de lance d'usage est donc un ensemble soudé ou moulé, groupant de façon inséparable, l'embout de la lance proprement dit, à savoir les chambres d'eau (4) et (5), ainsi que les buses éjectrices (3). Cette construction d'usage exige donc en continu un refroidissement intégral. Normalement le nez de lance complet, sinon au moins le fond extérieur et les buses sont fabriquées en cuivre, matériau possédant une haute conductivité thermique mais une faible résistance mécanique et un point de fusion relativement bas. Une fois ensemble soudé sur la lance, il n'est possible de modifier les caractéristiques de soufflage par modification de la section ou de la disposition des buses qu'en dessoudant le nez de lance entier, ce qui exige une intervention dans le circuit de refroidissement. I1 est donc impossible, en utilisant un nez de lance d'usage de modifier rapidement les conditions de soufflage. I1 est évidentquele nez de lance ne peut être utilisé qu'aussi longtemps que ses chambres d'eau ne présentent pas le moindre percement. Une sortie d'eau perceptible exige la mise hors service immédiate de la lance en perturbant le cycle d'élaboration du métal. I1 se montre que la construction d'usage entraîne des problèmes qui ont des répercussions souvant très négatives sur la longévité du nez de lance et donc sur la durée d'utilisation de la lance jusqu'à réparation: - Dans un nez de lance à buses multiples il est très difficile de diriger le fluide réfrigérant de telle ~façon que toute la surface exposée à la chaleur soit régulièrement et suffisamment refroidie. On risque souvant des surchauffes locales et donc des percements. - Par les buses on relie les pièces extérieures et les pièces intérieures, qui sont sousisesà des sollicita tions thermiques très différentes et donc des dila tations thermiques très différentes. La décompression endothermique du gaz aggrave le problème des dilata tions différentielles. Les tensions qui en résultent provoquent la fatique de la matière et donc des percements - Les gaz, sortant des buses avec des vitesses le plus souvant supersoniques, créent des dépressions à l'extrémité des buses qui " aspirent " des projections provenant du bain en fusion. Ces projections, par leur effet abrasif usent le fond refroidi-entre les buses et autour des buses et provoquent des percements. Le but recherché par l'invention etait d'une part de réduire à un minimum les risques de percement des chambres d'eau, et d'autre part de rendre possible un changement instantané des caractéristiques de soufflage. L'ensemble à buse(s), donc "nez de lance", suivant l'invention se caractérise par l'indépendance de la pièce à buse(s) dénommée ci-après fond à buses, de l'embout de lance proprement dit et qui forme seul chambre d'eau. Le dessin annexé fig. 2 montre à titre d'exemple une exécution possible du nez de lance suivant l'invention Le fond à buses (1) comportant les buses (3) est fixé mécaniquement,par exemple par vis ou clavettes sur l'embout de lance (2) dont il est à tout moment separable, sans aucune intervention dans les chambres d'eau. L'embout de lance (2) est la continuation de la lance (5) et est fixé sur celle-ci de façon à garantir une étanchéité absolue des chambres d'eau. De préférence l'embout (2) est fixé par soudure. La construction suivant l'invention a les avantages suivants: - Le fond à buses peut être échangé facilement et rapidement, même immédiatement avant la mise en service de la lance, sans intervention dans les chambres d'eau de la lance. I1 est ainsi possible de changer instantanément les caractéristiques de soufflage par des sections de buses différentes ou des angles de soufflage différents. - La chambre d'eau de l'embout de lance peut être construite avec une géométrie simple, assurant en tous endroits un refroidissement uniforme, sans angles morts. Sa surface exposée à la chaleur est sensiblement réduite par rapport aux nez de lance d'usage. - La fatigue de la matière de la partie refroidie, par les dilatations thermiques différentielles, est quasiment inexistante. Par ces facteurs le risque de percements de la chambre d'eau est sensiblement diminué et la durée d'utilisation du nez de lance augmentée en conséquence. - L'indépendance du fond à buses permet son placement à l'intérieur de la lance, en retrait (X) (fig. 2) par rapport à l'extrémité de la lance. Ce montage en retrait protège le fond à buses contre les projections, essentiellement les projections "aspirées". - Pour diminuer d'avantage "l'aspiration" de gaz extérieurs chargés de particules, contre l'extrémité du fond à buses, il peut être prévu en dehors des buses normales d'éjection une ou plusieurs ouvertures laissant sortir de la lance, de préférence avec énergie cinétique plus faible, du gaz à souffler. Ce gaz est "aspire" en premier et forme une couche isolante devant l'ex trémité du fond à buses. De préférence il y a une eeule ouverture (4), de section annulaire, à la périphérie du fond à buses. - Le fond à buses est construit en tous matériaux réfrac taires métalliques ou céramiques ou combinaison de ces matériaux. Le choix de la matière n'est plus dirigé par des considérations de transmission calorifique mais se fait uniquement d'après le critère de la résistance mécanique et de la résistance à la température en considérant que lors du soufflage le fond à buses est refroidi par le gaz soufflé. Une destruction partielle ou même entière du fond à buses a pour seul effet de fausser les caractéristiques de soufflage-sans jamais créer un risque d'incident par sortie d'eau. Revendications 1) Ensemble à une ou plusieurs buses éjectrices, servant à souffler du gaz, notamment de l'oxygène, véhiculant ou non des matières solides, sur, ou dans un bain de métal en fusion, et caractérisé par le fait que le fond à buses est une pièce séparée et indé pendante de l'embout proprement dit du tube porteur, auquel il est seulement fixé par des moyens mécaniques. q 2) Ensemble suivant revendication 1 caractérisé par le fait que le fond à buses est monté de telle façon que l'extrémité des buses est en retrait par rapport à l'extrémité de l'embout du tube porteur. 3) Ensemble suivant revendication 1 ou 2 caractérisé par la présence, en dehors des buses éjectrices nor males, d'une ou de plusieurs ouvertures destinées à laisser échapper du gaz à vitesse normalement inférieure à celle des buses éjectrices proprement dites. 4) Ensemble suivant revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé par le fait que le fond à buses est réalisé en maté riaux réfractaires métalliques. 5) Ensemble suivant revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé par le fait que le fond à buses est réalisé en matières céramiques réfractaires. 6) Ensemble suivant revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé par le fait que le fond à buses est réalisé par une combinaison de matières métalliques et céramiques réfractaires.