Brevet FR2504664A1 — publié le 19821029

La présente invention concerne un dispositif de tuyères de souf- flage de gaz de brassage dans un convertisseur d'affinage des métaux liqui- des par lance, par exemple un convertisseur d'aciérie. Un tel gaz de brassage peut être un gaz neutre, tel que de l'azo- te ou de l'argon, ou bien un gaz oxydant et refroidissant, tel que de la va- peur d'eau ou du gaz carbonique, ou bien un gaz faiblement oxydant, tel que de l'air ordinaire,à l'exclusion de gaz fortement oxydants, tels que l'oxy- gène pur, qui provoqueraient une usure beaucoup trop rapide des tuyères se- lon l'invention. Dans l'opération d'affinage de l'acier par soufflage d'oxygène pur de haut en bas au moyen d'une lance, il est avantageux de pouvoir assurer un brassage du bain métallique et du laitier, réalisé par un soufflage de bas en haut, à travers le fond du convertisseur, d'un gaz de brassage à faible débit. Différents systèmes de soufflage d'un gaz de brassage à faible dé- bit à travers le fond d'un convertisseur sont connus. Les uns utilisent des réfractaires poreux, dont la porosité ouver- te, éventuellement orientée, rend possible le cheminement d'un gaz sous pres- sion à travers la masse réfractaire. D'autres utilisent des éléments perméables constitués de briques réfractaires compactes, les joints entre briques formant des passages très étroits, mais néanmoins perméables aux gaz sous pression Ces passages permé- ables sont réalisés soit par un assemblage ajusté de tôles entourant chacune des briques, soit par un rapprochement de briques préalablement sciées et ac- colées de part et d'autre de fils métalliques très fins. Mais tous ces systèmes connus présentent des vitesses d'usure des réfractaires qui sont variables et qui ne sont pas négligeables Des vitesses d'usure acceptables en exploitation industrielle de ces systèmes connus néces- sitent d'une part que la température du bain métallique reste modérée, par exemple toujours inférieure à 16600 C, et d'autre part que les modes opératoi- res soient tels que les éléments perméables se trouvent en permanence recou- verts d'un dépôt de laitier enrichi en magnésie, selon une technique dite "du tartinage" Il en résulte que, au-dessous de 16600 C, la fiabilité des éléments perméables n'est pas forcément assurée si le dépôt de laitier magnésien est insuffisant, et qu'au-dessus de 16600 C, les éléments perméables sont peu uti- lisables,car ce dépôt de laitier magnésien se formeplus difficilement en- core. Le but de la présente invention est de rendre possible dans de bonnes conditions d'exploitation industrielle le soufflage de gaz de bras- sage à travers le fond d'un convertisseur, et même à travers son revêtement latéral en cas de besoin, et cela même si la température du bain métalli- que à affiner dépasse largement 16600 C, et même si le dépôt de laitier basi- que sur le dispositif de soufflage est faible ou nul. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de soufflage de gaz de brassage à travers le fond ou la paroi d'un convertis- seur d'affinage des métaux liquides, constitué par un jeu de tuyères à un seul tube disposées à travers toute l'épaisseur du revêtement réfractaire compact du convertisseur et s'usant avec lui, caractérisé en ce que le tube constituant chacune des tuyères est aplati sur toute la longueur consomma- ble de la tuyère, en ce que la largeur de la section intérieure de passage du gaz dans le tube aplati est au plus égale à un millimètre, et de préfé- rence voisine de 0,5 millimètre, en ce que la base de chacun desdits tubes, en principe cylindrique, traverse une plaque d'acier à laquelle elle est brasée et en ce que ladite plaque d'acier constitue l'unqies parois d'une chambre de répartition entre les tuyères du gaz de brassage alimentée en ce gaz par une conduite, ladite chambre étant fixée par l'intermédiaire de la- dite plaque sur la face extérieure de la cuirasse du convertisseur. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, chacune des tuyères contient au moins un fil métallique longitudinal, dont le diamètre garantit l'exacte largeur de la partie aplatie du tube constituant la tuyère. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, la plaque d'acier traversée par tous les tubes d'un même jeu de tuyères est sur- montée par une couche de matière réfractaire damée, compacte, constituant une couche de sécurité, à travers laquelle cheminent lesdits tubes en divergeant les uns des autres à partir de ladite plaque. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, dans les briques de la couche d'usure du revêtement réfractaire qui surmonte la couche de sécurité, chaque tube est logé dans un trait de scie pratiqué sur toute la longueur de la brique correspondante. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, le jeu de tuyères est disposé en ligne droite et plusieurs briques particulières d'une même rangée du revêtement d'usure peuvent contenir chacune sur leur bord l'une de ces tuyères, ou même deux. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le jeu de tuyères est disposé suivant-plusieurs lignes droites voisines et parallèles, et, selon ces lignes droites, plusieurs briques particulières d'une même rangée du revêtement d'usure peuvent contenir chacune sur leur bord une ou deux de ces tuyères. L'un des principaux avantages de l'invention est que la mise en place de ce dispositif est facile, plus facile que celle des éléments permé- ables connus: ainsi, la chambre de répartition du gaz est placée à ltexté- rieur de la cuirasse du convertisseur; dans l'épaisseur de la couche ré- fractaire de sécurité, les puits tubes d'un même jeu sont écartés en para- pluie et divergent les uns des autres; dans la couche réfractaire d'usure, chaque tube est logé dans un trait de scie pratiqué sur la longueur de la brique Cette mise en place est plus facile que celle des bouchons poreux ou des éléments perméables. Un avantage supplémentaire du dispositif selon l'invention est que le principe du montage des briques constituant le fond ou la paroi du réci- pient d'affinage ne se trouve pas modifié du fait de la mise en place des tuyères selon l'invention. Un autre avantage de l'invention est une sécurité plus grande En effet, dans les dispositifs connus, derrière un bouchon poreux ou un élément perméable, disposé dans la couche d'usure, il faut laisser, dans la couche de sécurité, une cavité, par exemple de 30 millimètres de diamètre si l'on veut faire passer un tube de 27 millimètres pour alimenter en gaz de brassage le bouchon poreux ou l'élément perméable Cette cavité offre un certain risque en cas d'usure trop forte ou de percée de l'élément perméable. Au contraire, avec le jeu de tuyères selon l'invention, la couche de sécurité est constituée, dans la zone du jeu de tuyères, par une masse de dolomie, ou de magnésie, goudronnée, damée, compacte, et traversée par le ré- seau de tubes fins, ce qui limite beaucoup les risques d'infiltration d'acier liquide En effet, la traversée de la couche réfractaire de sécurité se fait en aval de la chambre de répartition du gaz de brassage entre les différentes tuyères Autrement dit, c'est le circuit individuel de chaque tuyère qui tra- verse la couche de sécurité, et non pas une alimentation collective Cette disposition limite beaucoup la gravité des conséquences d'une infiltration éventuelle de métal dans la couche de sécurité. Enfin, l'avantage essentiel du dispositif de soufflage selon l'in- vention est de réaliser une meilleure résistance du fond du convertisseur à l'usure en cours d'affinage du bain, et ceci sans la nécessité d'obtenir en permanence sur le fond le dépôt d'une couche protectrice de laitier de ma- gnésie. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation du disposi- tif selon l'invention dans le fond d'un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène par lance. La figure 1 est une coupe verticale du dispositif suivant un ali- gnement de quatre tuyères. La figure 2 est une coupe transversale d'un tube aplati du premier mode de réalisation. La figure 3 est une coupe transversale d'un tube aplati du deuxiè- me mode de réalisation. La figure 4 est une coupe verticale du fond du convertisseur muni d'un jeu de tuyères selon l'invention sur sa droite, et, à titre de comparai- son explicative, muni d'un bouchon poreux de type connu sur sa gauche. La figure 5 est une coupe horizontale d'une rangée de briques de la couche d'usure du fond réfractaire, comportant chacune une entaille pour la mise en place d'un tube aplati. Sur la figure 1 sont représentées quatre tuyères 1, 2, 3, 4 dont la base la, 2 a, 3 a, 4 a est constituée de tubes de cuivre cylindriques, dont la longueur consonmrble lb, 2 b, 3 b, 4 b est constituée par les m 8 mes tubes que leur base, mais aplatis selon les figures 2 ou 3, la partie internédiai- re le, 2 c, 3 c, 4 c servant à raccorder la partie cylindrique à la partie apla- tie. La base cylindrique de chacune de ces quatre tuyères est brasée sur la plaque d'acier 5, qui constitue l'une des parois de la chambre de réparti- tion 6 alimentée en gaz de brassage par la conduite 7. Dans le premier mode de réalisation, les bases des tuyères, en a, sont des tubes de 2 mm de diamètre intérieur et de 4 mm de diamètre extérieur. La section transversale de la partie aplatie, visible et grossie 10 fois sur la figure 2, présente 0,5 mm de largeur intérieure, 2,5 mm de longueur inté- rieure, 2,5 mm de largeur extérieure, et 4,5 mm de longueur extérieure. Une corde à piano de 0,5 millimkre de diamètre, contenue dans cha- que tuyère sur toute sa longueur, visible par sa section en 19 sur la figure 2, fixe exactement à 0,5 mm la largeur intérieure du tube aplati. Dans ce premier mode, la chambre 6 alimente dix tuyères (dont 4 seu- lement se trouvent dans le plan de la figure 1, trois autres en avant du plan de figure et trois autres en arrière de ce plan), qui sont toutes brasées à la plaque 5. Dans le deuxième mode de réalisation décrit ici à titre d'exemple, les bases des tuyères, en a, sont des tubes de 4 mm de diamètre intérieur et de 6 mm de diamètre extérieur La section transversale de la partie apla- tie, visible et grossie 10 fois sur la figure 3, présente 0,5 mm de largeur intérieure, 6 mm de longueur intérieure, 2,5 mm de largeur extérieure, et 8 mm de longueur extérieure Deux cordes à piano, chacune de 0,5 millimètre de diamètre, contenues dans chaque tuyère sur toute sa longueur, visibles par leur section en 20 et 21 sur la figure 3 fixent exactement à 0,5 mm la largeur intérieure du tube aplati Dans ce deuxième mode, la chambre 6 ali- mente 14 tuyères (dont 4 seulement se trouvent dans le plan de la figure 1) qui sont toutes brasées à la plaque 5. Dans des mesures d'étalonnage à froid, les débits observés en fonction de la pression d'introduction de l'azote soufflé sont mentionnés dans le tableau suivant pour chacun des deux modes de réalisation ci-dessus Tableau Caractéristiques des débits à froid, en Nm 3/min d'azote, en fonction de la pression de soufflage. Ainsi, pour une section totale de passage du mode 2 qui est 3,36 fois plus grande que la section du mode 1, les débits sous 5 bars sont 14 fois plus élevés, et, sous 7 bars, sont 5,7 fois plus élevés. A chaud, in situ dans le convertisseur d'aciérie en cours de souf- flage, on a mesuré, sous 9 bars avec le mode 1, un déb It de 0,35 Nm 3/min (au lieu de 0,50 Nm 3/min à froid), et sous 7 bars avec le mode 2, un débit de 1,4 Nm 3/min (au lieu de 2 Nm 3/min à froid). La mise en place d'un dispositif selon l'invention dans le fond du convertisseur d'aciérie considérée dans cet exemple est visible sur les fi- gures 4 et 5. La chambre de répartition 6 est fixée par l'intermédiaire de la plaque 5 à la cuirasse 8 du convertisseur d'aciérie Dans le plan de la figu- re 4 (qui est aussi celui de la figure 1), les quatre tubes aplatis lc, 2 c, 3 c 4 c, cheminent en divergeant, à partir de la plaque 5, dans une couche 9 de Pression absolue, en bars 2 3 5 7 9 13 Mode 1 10 tubes: 2,5 x 0,5 O O 0,1 0,35 0,5 0,8 Mode 2 14 tubes: 6 x 0,5 0,4 0,8 1,4 2 Non mesuré magnésie goudronnée, damée, compacte, disposée entre deux briques 10 et 11 du revêtement de sécurité 12 du fond réfractaire. Puis, pour traverser la couche d'usure 13, chacun des tubes est logé dans un trait de scie 14, visible sur la figure 5, pratiqué sur toute la longueur de chacune des briques correspondantes 15 a, 15 b, 15 c, 15 d, lon- gueur qui est égale à 500 mn. Naturellement, les tuyères peuvent être disposées suivant plusieurs lignes droites parallèles entre elles, chacune des lignes droites étant sem- blable et parallèle à celle de la figuie 5. A titre de comparaison, on a représenté également sur la figure 4, dans sa partie gauche, un bouchon poreux/de type connu, occupant toute la hauteur de la couche d'usure 13, et alimenté par un tube 17 de 27 mm de dia- mètre extérieur qui traverse une cavité 18 ménagée dans la couche de sécurité 12, cette cavité 18 étant d'un diamètre approximatif de 30 mm Ainsi, entre le tube 17 et la paroi de la cavité 18 existe un espace libre dans lequel pourrait s'infiltrer l'acier liquide en cas d'usure complète du bouchon po- reux 16 C'est un risque qui n'existe pas avec le dispositif de soufflage se- lon l'invention. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'inven- tion, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails, ou utiliser des moyens équivalents C'est ainsi que, dans le même fond réfractaire, on peut disposer plusieurs éléments semblables à ceux du premier mode ou de deuxième mode décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif de soufflage de gaz de brassage à travers le fond ou la paroi d'un convertisseur d'affinage des métaux liquides, constitué par un jeu de tuyères à un seul tube disposées à travers toute l'épaisseur du revêtement réfractaire compact du convertisseur et s'usant avec lui, caractérisé en ce que le tube constituant chacune des tuyères est aplati sur toute la longueur consommable (lb) de la tuyère, en ce qu la largeur (lb) de la section intérieure de passage du gaz dans le tube aplati/est au plus égale à un millimètre, en ce que la base (la) de chacun desdits tubes, en principe cylindrique, traverse une plaque d'acier ( 5) à laquelle elle est brasée, et en ce que ladite plaque d'acier ( 5) constitue l'une des parois d'une chambre de répartition ( 6) entre les tuyères du gaz de brassage ali- mentée en ce gaz par une conduite ( 7), ladite chambre ( 6) étant fixée par l'intermédiaire de ladite plaque ( 5) sur la face extérieure de la cuirasse ( 8) du convertisseur. 2. Dispositif de soufflage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la section intérieure de passage du gaz de brassage dans le tube aplati (lb) de chaque tuyère est de ltordre de 0,5 millimètre. 3. Dispositif de soufflage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le tube constituant chaque tuyère contient au mains un fil métallique longitudinal ( 19), dont le diamètre garantit l'exac- te largeur de la partie aplatie dudit tube. 4. Dispositif de soufflage selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la plaque d'acier ( 5) traversée par tous les tubes (lc), ( 2 c), ( 3 c), ( 4 c) d'un même jeu de tuyères est surmontée par une couche de matière réfractaire damée, compacte, constituant une cou- che de sécurité ( 12), à travers laquelle cheminent lesdits tubes (lc) en di- vergeant les uns des autres-à partir de ladite plaque. 5. Dispositif de soufflage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que, dans les briques de la couche d'usure ( 13) du revêtement réfractaire qui surmonte la couche de sécurité ( 12), chaque tu- be aplati (lb) est logé dans un trait de scie ( 14) pratiqué sur toute la lon- gueur de la brique correspondante. 6. Dispositif de soufflage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le jeu de tuyères est disposé en ligne droite et en ce que chacune des tuyères correspond à une brique particulière d'une même rangée du revêtement d'usure. 7. Dispositif de soufflage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que le jeu de tuyères est disposé suivant plusieurs lignes droites voisines et parallèles, et en ce que, selon ces lignes droites, plusieurs briques particulières dtune même rangée du revê- tement d'usure peuvent contenir chacune sur leur bord une ou deux de ces tuyères.