Brevet FR2477576A1 — publié le 19810911

La présente invention concerne des tuyères utilisables dans l'élaboration des métaux à l'état liquide, solide ou pateux. Les tuyères utilisées en métallurgie peuvent être simples (à un seul tube), doubles (à deux tubes concentriques) ou multiples (à plusieurs tubes concentriques). Elles peuvent servir à introduire soit des gaz, oxydants, neutres ou réducteurs, soit des liquides, par exemple des liquides de protection des tuyères contre l'usure à à chaud, soit des matières pulvérulentes, oxydantes, réductrices, ou scorifiantes. La methode usuelle pour transporter ou introduire une matière pulvérulente dans un récipient métallurgique consiste à mettre cette poudre en suspension dans un gaz porteur. Or, cette méthode présente trois inconvénients dans le cas d'une opération métallurgique -elle entraine une consommation de gaz porteur qui n'est pas négligeable, -le gaz porteur, se dissolvant au moins partiellement dans le bain métal lique, peut castre nuisible dan dans-ltélaboration du métal en cours, et aussi dans les gaz d'échappement, -la poudre ainsi mise en suspension a généralement un effet abrasif prononcé sur les parois des conduites et des tubes qu'elle parcourt. Une autre méthode, connue dans le domaine du transport de produits pétroliers, mais non appliquée en métallurgie, consiste à irntro- duire la matière visqueuse ou pulvérulente sous pression poussée par tout moyen mécanique connu tel qu'une vis d'Archimède par exemple, dans un tube ou dans une conduite dont la paroi intérieure est recouverte d'un film de liquide lubrifiant introduit de place en place le long du tube ou de la conduite. On évite ainsi les inconvénients de la méthode citée précédemment. D'autre part, dans bien des cas d'élaboration d'un métal à lté- tat liquide, il est utile, et parfois meme indispensable, que tel gaz d'affinage, par exemple oxydant, ne soit pas mis en contact avec la matière pulvérulente, par exemple du charbon pulvérisé. Le but de la présente invention est de réaliser une tuyère utilisable dans les procédés d'élaboration des métaux à l'état liquide, permettant d'introduire simultanément et séparément un gaz et/9Xtière pulvérulente, sans utiliser aucun gaz porteur de ladite matière pulvérulente et sans provoquer aucun effet d'abrasion par celle-ci. A cet effet, la présente invention a pour objet une tuyère comportant au moind deux tubes concentriques bien centrés, caractérisée en ce que le gaz est introduit dans un tube non extérieur, et en ce que la matière pulvérulent et comprimée est introduite dans un autre tube, lequel se trouve lubrifié sur sa paroi interne par un film d'un substance lubrifiante introduite par une fente ménagée dans ledit tube, tandis que le tube extérieur est parcouru par un agent protecteur contre l'usure à chaud, tel que du propane, du gaz naturel, du fuel-oil, du dioxyde de carbone liquide, une pâte ou une poudre contenant du carbone, qui peut autre la dite matière pulvérulente et comprimée elle même, etc... Dans une première variante de l'invention, pour une tuyère à deux tubes, le gaz parcourt le tube central, tandis que la matière pulvérulente et comprimée parcourt le tube extérieur lubrifié et assure ellemême la protection de la tuyère contre l'usure à chaud, par exemple si elle contient suffisamment de carbone. Dans ce cas là, la protection par un agent protecteur spécial devient inutile, et la tuyère peut alors se limiter à deux tubes concentriques. Dans une deuxième variante de l'invention, pour une tuyère à trois tubes, le gaz parcourt le tube central, la matière pulvérulente parcourt le tube intermédiaire lubrifié, et l'agent protecteur parcourt le tube extérieur de la tuyère. Dans ce cas, la matière pulvérulente n'est pas en mesure d'assurer la protection de la tuyère contre l'usure à chaud. Dans une troisième variante de l'invention, également pour une tuyère à trois tubes, la matière pulvérulente parcourt le tube central lubrifié, le gaz parcourt le tube intermédiaire, et agent protecteur parcourt le tube extérieur de la tuyère. Dans les deux premières variantes, la matière pulvérulente emprunte dans la tuyère un passage annulaire. Or elle provient d'une conduite circulaire lubrifiée dans laquelle elle se trouve poussée par tout moyen mécanique, tel qu'unie vis d'Archimède. Son adaptation à une conduite annulaire est effectuée par élargissement de la conduite circulaire, au moyen d'un cane intérieur convena est blement placé dans la zone élargie. Celle-ci/en fait constituée d'un tronc de cane extérieur raccordant deux conduits circulaires. Le cône intérieur est profilé en fonction du tronc de cône extérieur. Toutes les parois en contact avec la matière pulvérulente sont lubrifiées. Dans les trois variantes, il n'est pas exclu que le gaz serve de support à une autre matière pulvérulente, en suspension, avec laquelle il est compatible, par exemple de ltoxygène tenant en suspension de la poudre de chaux. Mais cette matière pulvérulente en suspension dans le gaz utilisé ne constitue pas une caractéristique de la présente invention, dont l'objectif est d'introduire séparément un gaz et une matière pulvérulente lorsqu'ils ne doiVent avoir aucun contact entre eux avant leur admission dans le bain métallique. Les applications métallurgiques de tuyères selon l'invention peuvent être fort nombreuses. Ces tuyères peuvent être utilisées par exemple pour introduire simultanément et séparément dans un bain liquide à base de fer d'une part de l'oxygène, d'autre part du charbon pulvérulent. Dans une telle opération, l'objectif recherché peut être par exemple une gazéification de charbon pulvérulent, ou bien une refusion d'éponges de fer ou de ferrailles, avec ou sans réduction directe de minerai en phase liquide, avec ou sans récupération du gaz combustible d'échappement On peut aussi utiliser ces tuyères selon l'invention dans l'affinage de la fonte en acier, pour introduire de la poudre de chaux (ou de castine, ou de minerai), sans la mettre en suspension dans l'oxygène d'affinage. Ainsi, on évite l'effet d'abrasion, par la poudre de chaux, ou de castine, ou de minerai, de la conduite et du tube d'oxygène de la tuyère. On évite aussi de donner aux particules de chaux une vitesse de sortie notable au nez de la tuyère, ce qui peut parfois présenter des inconvénients d'entrainement direct des particules de chaux à travers le bain et jusque dans les gaz du convertisseur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, trois modes de réalisation d'une tuyère selon l'invention. Le premier mode de réalisation fait partie de la première variante mentionnée ci-dessus, ctest-à-dire qu'il s'agit d'une tuyère double, que le gaz parcourt le tube central de la tuyère tandis que la matière pulvérulente parcourt le tube extérieur, qui est lubrifié. La figure 1 est une coupe transversale d'une telle tuyère. La figure 2 est une coupe longitudinale de la mime tuyère. Le deuxième mode de réalisation fait partie de la deuxième variante mentionnée ci-dessus, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une tuyère triple, que le gaz parcourt le tube central de la tuyère, que la matière pulvérulente parcourt le tube intermédiaire lubrifié, et qu'un agent protecteur, qui est ici du fuel-oil domestique, parcourt le tube extérieur. La figure 3 est une coupe transversale d'une telle tuyère. La figure 4 est une coupe longitudinale de la même tuyère. Le troisième mode de réalisation fait partie de la troisième variante mentionnée ci-dessus, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une tuyère triple, que le flux de matière pulvérulente reste circulaire sur tout son parcours et pénètre dans le tube central de la tuyère, que le gaz est introduit dans le tube intermédiaire, et qu'un agent protecteur, qui est ici du fuel-oil domestique, parcourt le tube extérieur de la tuyère. La figure 5 est une coupe longitudinale d'une telle tuyère. Examinons d'abord le premier mode de tuyère selon les figures 1 et 2. Dans cet exemple, le gaz introduit dans le tube central est de l'oxy- gène, et la matière pulvérulenteintroduite dans le tube extérieur est du charbon pulvérisé. Le tube central 1 de la tuyère double est parcouru par l'oxygène, en provenance d'une conduite 3. Le tube extérieur 2 est parcouru par le charbon pulvérisé sous pression, poussé dans une conduite 4 par une vis d'Archimède située dans le dispositif 5. Après le coude 6, un cône 7, prenant appui sur les entretoises 8 et 9-et placé au centre d'un tronc de cane 10 qui prolonge le coude 6, transforme l'écoulement cylindrique de charbon pulvérisé en provenance du coude 6 en un écoulement annulaire entre les tubes 1 et 2 de la tuyère. Pour que la poussée de la vis d'Archimède suffise à assurer l'écou- lement du charbon pulvérisé sans risque de blocage, il est nécessaire que la paroi soit lubrifiée. Dans le présent exemple, la lubrification est assurée par du fuel-oil lourd, qui est introduit en faible quantité de fa çon à former un film très mince sur la paroi. Dans la tuyère en question, l'introductibn de ce lubrifiant sur la paroi interne du tube extérieur 2 s'effectue de manière connE par une fente circulaire 11 ménagée entre les manchons 12 et 13, et disposée à 450 dans le sens de l'écoulement. Ces deux manchons 12 et 13 sont assemblés au moyen d'une bague 14. Sur toute la circonférence de la fente 11, le lubrifiant est distribué par le tore 14', alimenté par un petit canal 15 percé dans la bague 14 et convenablement raccordé à une source de lubrifiant non représentée sur les figures. Un premier joint torique 12' assure l'étanchéité entre le manchon 12 et la bague 14. Un autre joint torique îa-' assure l'étanchéité entre le manchon 13 et la bague 14, tandis qu'un troisième joint torique 13" assure l'étanchéité entre le manchon 13 et le tube 2. Tout le long de la conduite d'alimentation 4 en charbon pulvérisé, la lubrification de la paroi interne de la conduite 4 est assurée par des introductions, de place en place, à intervalles réguliers, de faibles quantités de fuel-oil lourd au moyen de fentes circulaires et de manchons semblables à la fente 11 et aux manchons 12, 13 et 14, mais qui n'ont pas été représentés sur la figure 2, car ils sont en dehors de l'inven- tion. Le tube 1 est centré dans le tube 2 au moyen d'entretoises telles que 16 pas assez fines pour ne/gêner l'écoulement du charbon pulvérisé entre les deux tubes 1 et 2 de la tuyère. Dans ce premier mode de réalisation d'une tuyère selon l'invention, le charbon pulvérisé contenant une forte proportion de carbone suffit à assurer la protection de la tuyère contre l'usure à chaud en présence d'un bain métallique liquide dans un convertisseur, pour autant que la bain ne soit pas entièrement décarburé, ce qui est le cas pour un certain nombre d'opérations telles que : gazéification du charbon, refusion de ferrailles ou d'éponges de fer, etc..., dans lesquelles on maintient dans le bain une certaine teneur en carbone. I1 ntest alors par necessaire d'introduire dans la tuyère un agent protecteur spécial, puisque la protection est déjà assurée par le charbon pulvérisé. Au contraire, lorsque la matière pulvérulente n'est pas capable d'assurer elle-meme la protection de la tuyère contre l'usures par exemple s'il s'agit de minerai de fer, ou de castine, ou de toute autre matière pulvérulente dépourvue de carbone, il faut faire appel à la 2ème ou à la 3ème variante de l'invention2 en tuyère triple, avec un agent protecteur spécial, distinct de la matière pulvérulente. Le deuxième mode de réalisation d'une tuyère selon l'invention citée à titre d'exemple non limitatif et conforme à la deuxième variante est représenté sur les figures 3 et 4. Cette tuyère diffère de la précédente uniquement en ce qu'elle comporte en plus un troisième tube 17, extérieur aux tubes 1 et 2, alimenté en un agent protecteur contre l'usure, qui est ici du fuel - oil domestique, par un manchon 18 muni d'un tore creux 19 alimenté par un canal 20. Avec une telle tuyère, la matière pulvérulente est ici un mélange de minerai de fer et de castine, matières abrasives si elles étaient en suspension dans un gaz porteur, et inoffensives dans ce type de tuyère. Le gaz qui parcourt le tube central 1 est encore de l'oxygène? et la tuyère est utilisée à l'affinage de la fonte en acier dans un convertisseur. Le troisième mode de réalisation une tuyère selon l'invention et conforme à la troisième variante est représenté sur la figure 5. Dans cet exemple, le gaz introduit dans la tuyère est de l'oxygè- ne, tandis que la matière pulvérulente utilisée est du charbon pulvérisé. (Ce pourrait btre d'ailleurs n'importe quelle autre matière pulvérulente, abrasive ou non, telle que du minerai de fer, de la chaux, de la castine, du spath, etc..., utilisée pour l'opération métallurgique considérée). Le tube central 21 de la tuyère triple est ici parcouru par le charbon pulvérisé sous pression, poussé dans la conduite 24 par une vis d1Archimède située dans le dispositif 25, et arrivant ensuite par le coude 26. Le lubrifiant est encore ici constitué par du fuel-oil lourd. I1 est introduit par une fente circulaire 27 ménagée entre les manchons 28 et 29, et disposée à 450 dans le sens de l'écoulement du charbon pulvérisé. Ces deux manchons 28 et 29 sont assemblés au moyen d'une bague 30. Sur toute la circonférence de la fente 27, le lubrifiant est distribué par le tore 30' alimenté par un petit canal 31 percé dans la bague 30 et convenablement raccordé à une source de lubrifiant non représentée sur la figure 5, Un premier joint torique 28' assure l'étanchéité entre le manchon 28 et la bague 30. Un autre joint torique 29' assure l'étanchéité entre le manchon 29 et la bague 30, tandis qu'un troisième joint torique 29" assure l'étanchéité entre le manchon 29 et le tube 21. C'est par l'assemblage des manchons 28 et 29 et de la bague 30 que le coude 26 se trouve relié au tube 21. La conduite 24 d'alimentation en charbon pulvérisé est lubrifiée de place en place de façon semblable, comme indiqué ci-dessus au premier mode de réalisation. Le tube intermédiaire 22 de la tuyère triple est ici alimenté en oxygène, au moyen d'un manchon creux 32. Le tube extérieur 23 est alimenté en un agent protecteur contre l'usure, qui est ici du fuel-oil domestique, au moyen du manchon creux 33. I1 est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. Les tuyères selon l'invention s'appliquent spécialement bien aux convertisseur métallurgiques, tels que les convertisseurs d'aciérie par exemple. REVENDICATIONS 1. - Tuyère à usage métallurgique comportant au moins deux tubes concentriques bien centrés, destinée à introduire simultanément et séparément un gaz et une matière pulvérulente dans un récipient métallurgique, caractériséeen ce que le gaz est introduit dans un tube non extérieur, et en ce que la matière pulvérulente et comprimée est introduite dans un autre tube, lequel se trouve lubrifié sur sa paroi interne par un film d'une substance lubrifiante introduite par une fente ménagée dans le dit tube, tandis que le tube extérieur est parcouru par un agent protecteur de la tuyère contre l'usure à chaud. 2.- Tuyère selon la revendication 1 comportant deux tubes bien centrés, caractérisée en ce que le gaz parcourt le tube central (1) tandis que la matière pulvérulente et comprimée parcourt le tube extérieur (2), lubrifié sur sa paroi interne par un film d'un substance lubrifiante introduite par une fente (11) ménagée dans le dit tube extérieur (2), la matière pulvérulente assurant elle-meme la protection de la tuyère contre son usure à chaud. 3.- Tuyère selon la revendication 1 comportant trois tubes bien centrés, caractérisée en ce que le gaz parcourt le tube central (1), la matière pulvérulente parcourt le tube intermédiaire (2), lubrifié sur sa paroi interne par un film d'une substance lubrifiante introduite par une fente (11) ménagée dans ledit tube intermédiaire (2), et l'agent protecteur de la tuyère contre l'usure à chaud parcourt le tube extérieur (17) de la tuyère. 4.- Tuyère selon la revendication 1, comportant trois tubes bien centrés, caractérisée en ce que la matière pulvérulente parcourt le tube central (21),lubrifié sur sa paroi interne par un film d'une substance lubrifiante introduite par une fente (27) ménagée dans ledit tube central (21),le gaz parcourt le tube intermédiaire (22), et l'agent protecteur de la tuyère contre son usure à chaud parcourt le tube extérieur (23) de la tuyère. 5. - Tuyère selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la matière pulvérulente sous pression en provenance d'une conduite circulaire lubrifiée est astreinte à parcourir une conduite annulaire lubrifiée (4), au moyen d'un cane (7) placé au centre d'un tronc de cône (10) de raccordement entre deux conduites circulaires de diamètres différents (4) et (2).