Brevet FR2500341A1 — publié le 19820827

La présente invention se rapporte au domaine de la métallurgie, en particulier au traitement d'un métal liquide au moyen de produits pulvérulents, et a notamment pour objet une lance pour l'insufflation de produits pulvérulents dans un métal liquide. Il est particulièrement avantageux d'utiliser l'invention pour le traitement d'un métal liquide dans des poches de transport de la fonte et de coulée de l'acier, ainsi que dans les fours de fusion de l'acier (four Martin, convertisseurs, fours électriques, etc.). L'invention peut aussi trouver application dans la métallurgie des métaux non ferreux. On connatt des lances utilisées pour le traitement d'un métal liquide au moyen de produits pulvérulents se trouvant dans un courant de gaz porteur, lesdites lances comprenant une conduite d'amenée d'où le matériau pulvérulent arrive dans le métal en même temps que le gaz porteur. Une lance ainsi conçue a pour inconvénient que les particules dispersées sont entrainées en quantités condidérables de la masse de'métal liquide dans l'atmosphère du four par les bulles de gaz émergeant du métal. On connatt aussi un dispositif (lance) d'insuffla- tion de produits pulvérulents dans un métal liquide, avec séparation du produit pulvérulent d'avec le gaz porteur, comportant une conduite d'amenée dont l'extrémité est courbée et équipée d'une cloison séparatrice à sa sortie. Quand on utilise une telle lance, le produit pulvérulent amené à l'aide d'un gaz porteur est serré, dans la partie courbe de la lance, sous l'effet des forces centrifuges, contre la partie extérieure du canal curviligne. Plus près de la partie intérieure du canal curviligne, ne passe pratiquement que le gaz porteur, qui, à l'aide de la cloison séparatrice, se sépare du courant à forte concentration en poudre. La division du courant se produit dans la partie curviligne de la conduite d'amenée, dans laquelle les particules solides, lors du changement de direction du courant, sont serrées, sous l'effet des forces centrifuges, contre la partie extérieure du canal curviligne, tandis que plus près de la partie intérieure du canal curviligne, ne passe pratiquement que le gaz porteur. Toutefois, malgré la présence de la cloison séparatrice, tout le gaz porteur passe à travers l'orifice de sortie de la conduite d'amenée et pénètre dans le métal en formant un jet unique dans lequel la concentration des particules dans la section du Jet est irrégulière. Ce dispositif connu est caractérisé par une résistance hydrodynamique considérable dans sa partie curviligne, ce qui provoque une réduction de l'énergie cinétique et une diminution de la profondeur de pénétration des particules solides dans le métal liquide, et de ce fait, une diminution du volume du métal entrant directement en contact avec le produit pulvérulent. Dans le cadre de l'invention, on s'est donc proposé de créer une lance pour l'insufflation de produits pulvérulents dans un métal liquide, dans laquelle l'extrémité de la conduite serait réalisée de façon à assurer une élévation de la concentration des produits pulvérulents dans le Jet de gaz porteur pénétrant dans le métal liquide en comparaison de-sa conntration dans la conduite d'amenée, gr ce à l'évacuation d'une partie du gaz porteur sans interaction avec le courant principal. La solution consiste en ce que la lance pour l'insufflation de produits pulvérulents dans un métal liquide au moyen d'un Jet de gaz porteur, du type comportant une conduite d'amenée dont la partie terminale est adaptée pour séparer du courant principal une partie du gaz porteur, est caractérisé, selon l'invention, en ce que la partie terminale de la conduite possède dans sa paroi au moins un orifice et un canal d'évacuation du gaz communiquant avec celui-ci et dont l'axe est disposé sous un angle par rapport à l'axe de la conduite d'amenée. La présence de l'orifice permet d'évacuer une partie du gaz porteur hors de la conduite d'amenée en vue d'élever la concentration de poudre dans le courant principal en aval dudit orifice. Dans ce cas, le gaz porteur évacué à travers l'orifice pratiqué dans la conduite d'amenée ne peut pas se mélanger avec le courant principal sortant de l'orifice de sortie de la conduite. De ce fait, la lance assure une utilisation plus efficace des produits pulvérulents dans différents buts d'ordre technologique (carburation, désoxydation et alliage de métaux, désulfuration de métal en poches, etc.). Elle assure en outre une diminution de l'entratnement de la poudre à l'atmosphère et donne la possibilité d'utiliser en tant que gaz porteurs des gaz bon marché et faciles à se procurer, par exemple de l'air de compresseur. Il est avantageux de réaliser l'orifice précité sous la forme d'au moins une fente annulaire. La forme en fente dudit orifice assure un entratne- ment minimal des particules à ltétat dispersé par le gaz porteur séparé d'avec le courant principal dans la conduite d'amenée. Il est avantageux que la partie terminale de la conduite d'amenée aille en se rétrécissant vers l'orifice de sortie de la conduite. Dans le cas contraire, étant donné l'évacuation d'une partie du gaz porteur, la vitesse du courant principal baisse brusquement et la profondeur de pénétration du Jet gaz-poudre dans le métal liquide diminue, ce qui a un effet négatif sur l'efficacité d'utilisation des produits pulvérulents.- En cas de nécessité de dériver une partie du gaz porteur sans interaction avec le métal liquide, on monte extérieurement à la conduite d'amenée, coaxialement à celleci, une enveloppe formant entre elle et la conduite d'amenée un intervalle annulaire à travers lequel une partie du gaz porteur peut être séparée d'avec le courant principal. L'orifice à travers lequel est évacuée une partie du gaz porteur sous forme d'un intervalle entre la face en bout de la partie terminale de la conduite d'amenée et la paroi intérieure,allant en se rétrécissant, de la partie terminale de l'enveloppe, disposée à une certaine distance avant la face en bout de la partie terminale de la conduite d'amenée et ayant un orifice coaxial à la conduite d'amenée et dont le diamètre n'est pas supérieur au diamètre de l'orifice de sortie de la conduite d'amenée. Il est avantageux de réaliser dans la lance des canaux d'évacuation du gaz de manière que.leurs axes soient disposés sous un angle aigu par rapport à l'axe de la conduite d'amenée et que leurs orifices de sortie soient orientés vers le métal liquide à traiter. Il est possible de monter dans la lance, dans sa partie terminale, des cloisons séparant les canaux d'évacuation de gaz d'avec le canal principal de la conduite d'amenée et ayant une épaisseur variable allant en augmentant vers l'orifice de sortie des canaux d'évacuation du gaz, le canal principal comportant une section variable passant d'une forme ronde, à l'endroit ot sont disposés les orifices d'entrée des canaux d'évacuation du gaz, à une forme en fente à sa sortie. L'épaisseur variable des cloisons assure la pénétration dans le métal liquide de la partie déviée du gaz porteur sous un angle par rapport au courant principal. Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, dans tous les modes de réalisation de la lance, obJet de l'invention, le mouvement des particules dispersées ne change pas le direction sur toute la longueur de la conduite d'amenée. Dans le dispositif connu, la séparation d'une partie du gaz porteur d'avec le courant principal se produit dans la partie courbe de la conduite d'amenée, dans laquelle la résistance locale est élevée du fait de la perte d'énergie cinétique des particules dispersées. Outre cela, dans tous les modes de réalisation de l'invention, la partie déviée du gaz porteur n'entre pas en interaction avec le courant principal dans le métal liquide. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une lance ayant deux rangées d'orifices pour l'évacuation d'une partie du gaz porteur et comportant un rétércissement de la partie terminale de la conduite d'amenée; - la figure 2 représente une lance comportant des fentes annulaires et un canal d'évacuation du gaz obtenu en utilisant une enveloppe (vue axonométrique avec coupe partielle);; - la figure 3 représente une lance pourvue d'une fente pour la déviation d'une partie du gaz porteur, réalisée sous forme d'un intervalle entre la face en bout de la partie annulaire de la conduite d'amenée et l'enveloppe; - la figure 4 représente une lance équipée de cloisons dans sa partie terminale; - la figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure 4; - la figure 6 représente une lance selon la figure 2 en position de travail lors du traitement d'un métal liquide dans une poche de coulée de l'acier. La lance pour l'insufflation de produits pulvérulents dans un métal liquide comporte une conduite d'amenée 1 (figure 1). D'un côté la conduite d'amenée est équipée d'une tubulure (non représentée) par l'intermédiaire de laquelle elle est mise en communication avec une canalisation venant d'une installation pneumatique de transport, pour amener dans le métal liquide des produits pulvérulents dans un courant de gaz porteur, par exemple des mélanges désulfurants dans un Jet d'air de compresseur. Dans la partie terminale, orientée vers le métal liquide, de la conduite 1 il y a plusieurs orifices 2 qui, dans le cas considéré, servent de canaux d'évacuation 3 à travers lesquels est dérivée du courant principal une partie du gaz porteur. Cette dérivation d'une partie du gaz porteur assure dans la partie terminale de la conduite 1, en aval des orifices 2 (dans le sens d'écoulement du courant) une élévation de la concentration de poudre dans le courant principal. Sur la figure 1, les orifices 2 sont disposés en deux rangées dans la conduite d'amenée 1. Il est à noter que d'autres modes de disposition des orifices sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. La partie terminale de la conduite d'amenée 1 est réalisée sous la forme d'un cône tronqué 4 allant en se rétrécissant vers l'orifice de sortie de ladite conduite. Cela assure un accroissement de la vitesse du courant principal à la sortie de la lance et une augmentation de la profondeur de pénétration du Jet gaz-poudre dans le métal liquide. Dans la conduite d'amenée 1, les orifices 2 peuvent être réalisés sous la forme de plusieurs fentes annulaires, comme montré sur la figure 2. La forme en fente des orifices est plus avantageuse, car elle assure un entrainement insignifiant des particules à l'état de dispersion par le gaz porteur dérivé du courant principal. Extérieurement à la conduite d'amenée 1, coaxialement à elle, peut être montée une enveloppe 5 (figure 2) formant entre elle-même et la conduite d'amenée 1 un intervalle annulaire 6 à travers lequel est dérivée une partie du gaz porteur. Un tel mode de réalisation permet de dériver à travers ledit intervalle annulaire une partie du gaz porteur sans interaction avec le métal liquide, ce qui, dans certains cas, par exemple au cours du traitement d'un métal en poche, est très important, car cela permet de diminuer les éJections de métal, d'utiliser,en tant que gaz porteur, de l'air de compresseur facilement disponible, ainsi que d'élever l'efficacité de certains produits pulvérulents, en particulier des agents désoxydants, des désulfurateurs, etc En cas d'utilisation d'une enveloppe 7, orifice 2 (figure 3) pour la dérivation d'une partie du gaz porteur peut être réalisé sous forme d'un intervalle (constituant dans ce cas un canal 3 d'évacuation du gaz) entre la face en bout de la partie terminale de la conduite d'amenée 1 et la paroi intérieure, allant en se rétrécissant, de l'enveloppe 7, qui comporte un orifice 8 coaxial à la conduite d'amenée. Comme le montrent les figures 4, 5, la partie terminale de la conduite 1 peut avoir une section transversale passant d'une forme ronde, à l'endroit où sont disposés les orifices d'entrée des canaux d'évacuation du gaz, à une forme en fente à sa sortie (figure 5). La partie terminale de la lance, au moyen de cloisons 9, est divisée en un canal central, à travers lequel passe le courant principal à forte concentration en poudre, et en canaux latéraux pour la dérivation d'une partie du gaz porteur. Le canal principal vient en prolongement de la conduite d'amenée 1. Les cloisons 9 ont une épaisseur variable allant en augmentant vers la section de sortie des canaux d'évacuation du gaz. il est à noter que la présence, dans la lance, d'un refroidissement à l'eau ou d'une protection thermique réfractaire, peut être envisagée sans sortir du cadre de l'invention. La lance revendiquée représentée sur la figure 2, utilisée pour le traitement d'acier liquide en poche par des mélanges désulfurants pulvérulents (par exemple chaux, fluorine) amenés dans un Jet d'air de compresseur fonctionne de la manière suivante (figure 6) : à l'aide d'un mécanisme de deplacement (non représenté) on dispose la lance au-dessus du niveau du métal liquide, à une distance de 0,5 m de célui-ci, on fait arriver de l'air de compresseur dans la conduite d'amenée 1, on descend la lance dans le métal Jusqu'à une profondeur de 1,5 m et on commence à introduire le mélange désulfurant pulvérulent provenant d'une installation de transport pneumatique. Le courant gaz-poudre arrive dans la conduite d'amenée 1. Au cours de son déplacement dans cette dernière, une partie de l'air de compresseur est dérivée à travers les orifices 2 enformede fentes, arrive dans le canal 3 de dérivation du gaz communiquant avec lesdits orifices et, à travers l'intervalle 6 formé entre la conduite d'amenée 1 et l'enveloppe 5, s'échappe à l'atmosphère au-dessus du niveau du métal liquide, est captée par une hotte (non représentée) disposée au-dessus de la poche et passe ensuite dans le système d'épuration destiné à débarrasser le gaz des particules hautement dispersées. A ce moment, lorsqu'une partie du gaz porteur est dérivée à travers les orifices 2, les particules dispersées, conservant le même sens de mouvement grâce à leur énergie cinétique, continuent à se déplacer dans la conduite d'amenée 1 dans le courant d'air de compresseur, mais en concentration plus forte que leur concentration à l'entrée de la lance, et s'introduisent dans le métal liquide. Une fois l'amenée des produits pulvérulents terminée, on souffle 1a conduite d'amenée 1 avec de l'air de compresseur, on sort la tuyère du métal et on coupe l'amenée d'air de compresseur dans la lance. L'utilisation de la lance, par exemple, lors du traitement d'acier liquide en poche permet - de rendre plus efficace l'utilisation des produits pulvérulents soufflés dans le métal liquide en vue de sa désulfuration, sa désoxydation, son alliage et sa carburation, - d'abaisser le prix de revient de l'acier fabriqué, - dediminuer l'entraînement hors du métal, par le gaz porteur, des particules dispersées, - de réduire les éJections de métal de la poche lors du soufflage et de réaliser le traitement en poche au cours du remplissage de celle-ci lors de la coulée du métal fondu à partir d'une installation d'élaboration de l'acier. Bien entendu, l'invention n'est nullement limite aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1.- Lance pour l'insufflation de produits pulvérulents dans un métal liquide à l'aide d'un Jet de gaz porteur, du type comportant une conduite d'amenée dont la partie terminale est adaptée pour séparer du courant principal une partie du gaz porteur, caractériséeen ce que la partie terminale de la conduite (1) comporte dans sa paroi au moins un orifice (2) et un canal (3) d'évacuation du gaz communiquant avec cet orifice et dont l'axe est disposé sous un angle par rapport à l'axe de la conduite d'amenée (i). 2.- Lance suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit orifice est réalisé sous la forme d'au moins une fente annulaire. 3.- Lance suivant l'une des revendications 7 et 2, caractérisée en ce que la partie terminale de la conduite d'amenée (1) va en se rétrécissant vers l'orifice de sortie de celle-ci. 4.- Lance suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que, extérieurement à la conduite d'amenée (1) , coaxialement à celle-ci, est montée une enveloppe (5) formant entre elle-même et la conduite d'amenée (1) un intervalle annulaire (6) à travers lequel est dérivée du courant principal une partie du gaz porteur. 5.- Lance suivant l'une des revendications 7, 3 et 4, caractérisée en ce que l'orifice (2) à travers lequel est évacuée une partie du gaz porteur est réalisé sous forme d'un intervalle entre la face en bout de la partie terminale de la conduite d'amenée (1) et la paroi intérieure, allant en se rétrécissant, de la partie terminale de l'enveloppe (7), disposée à une certaine distance en amont de la face en bout de la partie terminale de la conduite d'amenée (î) et pourvue d'un orifice (8) coaxial à la conduite d'amenée (1) et dont le diamètre ntest pas supérieur au diamètre de l'orifice de sortie de la conduite d'amenée (1). 6.- Lance suivant l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que les canaux (3) d'évacuation du gaz sont réalisés de manière que leurs axes soient disposés sous un angle aigu par rapport à l'axe de la conduite d'amenée (1) et que leurs orifices de sortie soient orientés vers le métal liquide à traiter. 7.- Lance suivant la revendication 6, caractérisée en ce que dans sa partie terminale sont disposées des cloisons (9) séparant les canaux d'évacuation du gaz d'avec le canal principal de la conduite d'amenée (1) et ayant une épaisseur variable allant en augmentant vers l'orifice de sortie des canaux d'évacuation du gaz et que le canal principal a une section variable passant d'une forme ronde, à l'endroit où sont disposés les orifices d'entrée desdits canaux d'évacuation du gaz, à une forme en fente à sa sortie.