Brevet FR2491953A1 — publié le 19820416

LANCE DE SOUFFLAGE D'OXYGENE La présente invention concerne une lance de soufflage prévue pour être utilisée dans le cadre d'un procédé d'affinage de fonte liquide contenant un certain pourcentage de matières refroidissantes solides, par soufflage d'oxygène par le haut et éventuellement par barbotage du gaz inerte par le fond du creuset. Les procédés d'affinage de la fonte par soufflage d'oxygène permettent, comme on le sait, d'incorporer à la charge des quantités plus ou moins importan- tes de mitrailles. L'importance de cet ajoutdépend de façon essentielle de la quantité d'énergie thermique disponible pour assurer la fusion des mitrailles ajoutées. L'énergie thermique dégagée au cours de l'élaboration, provient d'une part des réactions exothermiques d'oxydation des éléments oxydables contenus dans la fonte, si bien que la quantité incorporable de matières refroidissantes, en particulier de mitrailles, est fonction des teneurs en C, Si, P, Mn de la fonte enfournée. Au cours de la décarburation de la fonte il se dégage à la surface du bassin du CO qui peut subir, suivant les conditions de marche du convertisseur, une post-combustion plus ou moins poussée. Cette réaction exothermique consti- tue une source d'énergie supplémentaire que l'on cherche à utiliser pour augmen- ter le taux de consommation des mitrailles incorporées à la charge. Ainsi le déposant a développé un procédé d'affinage qui est décrit dans le brevet luxembourgeois no 81 207. Ce procédé prévoit d'affiner la fonte par soufflage d'oxygène par le haut et de provoquer d'une part à proximité immé- diate de la surface du bain une post-combustion du CO dégagé au cours de la dé- carburation en répartissant de l'oxygène sur la totalité de ladite surface et de régler d'autre part l'épaisseur et la consistance de la scorie en agissant sur le déséquilibre entre celle-ci et le bain, par injection de gaz essentielle- ment inerte par le fond du bain. Comme grâce au balayage permanent de l'interface métal/scorie, cette dernière ne prend pas la consistance mousseuse qui se produit au cours des 2 24919 53 processus classiques d'affinage par soufflage par le haut, la scorie n'agit plus en tant que couche d'isolation thermique, si bien qu'il règne à proximité de la surface du bain des températures nettement supérieures, permettant d'incorporer à la charge des quantités accrues de mitrailles ou autres matières refroidissantes. Pour répartir l'oxygène sur la surface du bain, on peut par exemple, prévoir un soufflage d'oxygène subdivisé en une pluralité de jets couvrant une zone sensiblement annulaire qui recouvre en permanence la plus grande partie possible de la surface du bain. Pour exécuter cette technique, il est connu d'utiliser des lances spéciales qui comprennent en dehors de la tuyère primaire - axiale plusieurs tuyères auxiliaires inclinées par rapport à l'arc de la lance et qui sont censées fournir l'oxygène nécessaire à la postcombustion. Or le rôle d'une lance de soufflage d'oxygène utilisée dans le cadre d'un procédé d'affinage tel qu'il a été décrit est complexe. En effet, l'oxygène doit d'une part pénétrer dans le bain pour qu'il y ait décarburation et d'autre part être réparti sur le bain pour qu'il y ait postcombustion du CO dégagé. Il faut en plus s'assurer que l'oxygène soit dirigé sur la surface du bain d'une manière telle que la postcombustion du CO se déroule à proximité de la surface et non pas dans des régions supérieures o l'énergie dégagée ne servirait pas à faire fondre les matières refroidissantes ajoutées, mais mettrait en péril la lance même, ainsi qu'éventuellement le système de refroidissement de la cheminée du creuset. En même temps, il est désirable de disposer d'une lance dont la confi- guration et la construction ne soient ni compliquées, ni onéreuses, la tête de lance étant d'une robustesse telle qu'elle ne soit pas affectée par les condi- tions thermiques auxquelles elle est exposée. Le but de l'invention est de proposer une lance de soufflage d'oxygène de décarburation et de postcombustion, répondant aux critères énoncés plus haut. Ce but est atteint par la lance suivant l'invention qui est caractéri- sée en ce que la tête de lance comprend au moins une tuyère principale qui est destinée à fournir l'oxygène de décarburation et au moins un nombre égal de tuyères secondaires qui sont destinées à fournir l'oxygène de postcombustion, les tuyères principales étant inclinées de 14 à 170 par rapport à l'axe de la lance, tandis que les tuyères secondaires présentent un angle d'inclinaison de -50 par rapport à l'axe de la tuyère principale voisine. Suivant l'invention, les tuyères principales sont disposées le long d'un cercle imaginaire inscrit sur la face de la tête de lance; les tuyères secondaires peuvent selon une première forme d'exécution être sensiblement le long du même cercle. 3 2 4919 53 Une deuxième forme d'exécution prévoit que les tuyères secondaires sont disposées le long d'un cercle imaginaire inscrit sur la face de la tête de lance et dont le diamètre est supérieur à celui qui démarque la position des tuyères principales. On se rend compte que l'oxygène de décarburation destiné à pénétrer dans le bain n'y est pas insufflé en direction perpendiculaire au niveau, mais sous un angle défini. La combinaison de ce jet oblique avec le jet qui émane des tuyères secondaires, inclinées sous un angle défini par rapport à l'axe des tuyères principales voisines, résulte en des conditions de fourniture en oxygène qui s'avèrent être idéales dans le cadre de l'affinage spécial qui permet de dépasser largement les taux habituels des mitrailles ou autres matières refroi- dissantes ajoutées dans le bain. Les tuyères principales présentent utilement un divergent à leur sortie. En plus le diamètre d'une tuyère principale mesuré à la sortie correspond au moins au double de celui d'une tuyère secondaire. Dans la mesure o l'on désire que l'oxygène de postcombustion soit débité à travers les tuyères secondaires sous forme d'un jet mou, les conduits de ces tuyères comprennent des moyens de freinage du jet. Selon une première forme d'exécution de l'invention, ces moyens de freinage peuvent être constitués par des tôles qui sont disposées dans les con- duites des tuyères secondaires de manière à former des spirales. Une autre forme d'exécution de l'invention prévoit de munir les parois des conduits des tuyères secondaires de rainures qui peuvent être soit circulai- res et être disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe du conduit, soit spi- ralées. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des dessins donnés à titre non limitatif. la figure 1 représente une coupe longitudinale à travers la tête de lance; 30. la figure 2 montre une coupe transversale à travers le nez de la cons- truction, tandis que; les figures 3, 4 et 5 représentent différents modes d'exécution des tuyères secondaires. Sur les figures 1 et 2 on distingue notamment les tuyères principales 0 et secondaires 2; les tuyères principales aboutissent dans la face de la tête de lance par un divergent, tandis que les conduits des tuyères secondaires sont droits. Dans la forme d'exécution représentée, les tuyères O et 1 sont disposées le long de deux cercles concentriques, les tuyères 1 étant décalées 2 491953 des tuyères 0, le rapport des diamètres des tuyères O et 1, mesurés à la sortie, est de l'ordre de 2:1. Les moyens de freinage du jet d'oxygène de postcombustion sont repré- sentés en figure 3 qui montre une chicane en forme d'une tôle 2 spiralée, tandis que la figure 4 montre des moyens de freinage en forme de rainures circulaires 3, 4, 5 qui se distinguent entre elles par leurs profils. En figure 5 il est représenté une rainure continue en forme d'une spirale 6. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 24 91 95 3 REVENDICATIONS 1. Lance de soufflage prévue pour être utilisée dans le cadre d'un pro- cédé d'affinage de fonte liquide, contenant un certain pourcentage de matières refroidissantes solides, par soufflage d'oxygène par le haut et éventuellement par barbotage de gaz inerte par le fond du creuset, caractérisée en ce que la tête de la lance comprend au moins quatre tuyères principales destinées à fournir l'oxygène de décarburation et un nombre égal de tuyères secondaires destinées à fournir l'oxygène de postcombustion, les tuyères principales étant inclinées de 14-17 par rapport à l'axe de la lance, tandis que les tuyères secondaires présentent un angle d'inclinaison de 30-50 par rapport à l'axe de la tuyère principale voisine. 2. Lance de soufflage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les tuyères principales sont disposées sensiblement le long du même cercle. 3. Lance de soufflage suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les tuyères secondaires sont disposées le long d'un cercle imaginaire inscrit sur la face de la tête de lance et dont le diamètre est supérieur à celui qui démarque la position des tuyères principales. 4. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le diamètre d'une tuyère principale, mesuré à la sortie, correspond au moins au double de celui d'une tuyère secondaire. 5. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'en vue de garantir un débit d'oxygène de décarburation sous la forme d'un jet dur, les tuyères principales comprennent un divergent à leur sortie. 6. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'en vue de garantir un débit d'oxygène de postcombustion sous la forme d'un jet mou, les conduits des tuyères secondaires comprennent des moyens de freinage du jet. 7. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de freinage du jet d'oxygène de postcombustion sont constitués par des tôles qui sont disposées dans les conduits des tuyères secondaires de manière à former des spirales. 8. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de freinage du jet d'oxygène de postcombustion sont constitués par des rainures qui sont fraisées dans les parois des conduits des tuyères secondaires, dans un plan perpendiculaire à l'axe des conduits. 9. Lance de soufflage suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de freinage du jet d'oxygène de postcombustion sont constitués par une rainure continue spiralée qui est fraisée dans les parois des conduits des tuyères secondaires.