Brevet FR2506332A1 — publié le 19821126

La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation et de distribution de gaz de brassage pour des éléments d'injection situés dans le fond d'un convertisseur de fonte en acier à l'oxygène. Ce dispositif est plus particulièrement destiné à etre utilisé dans des convertisseurs à soufflage par le haut dans lesquels on désire, au cours du processus d'affinage, réaliser une injection d'un gaz de brassage par des éléments situés à la partie inférieure de ce convertisseur et en particulier, dans son fond. L'affinage de l'acier au convertisseur consiste à oxyder en vue de les éliminer certains éléments, à savoir carbone, manganèse, silicium, phosphore et soufre, contenus dans la fonte. Une telle oxydation est pratiquée par soufflage, dans le bain de fonte, d'un gaz contenant de l'oxygène, ou de l'oxygène pur, et conduit généralement à l'oxydation du fer, outre les éléments à éliminer. Cette oxydation est cependant indésirable et on cherche à la limiter au maximum. Les procédés classiques à soufflage par le fond, tels que ceux dénommés par exemples par les sigles L.W.S., O.B.M., Q-BOP, permettent d'élaborer des nuances d'acier à très basse teneur en carbone, sans oxydation excessive du fer, grace au brassage intense qui a lieu entre le métal et le laitier. Au contraire, les procédés d'affinage classiques du type à soufflage par le haut, tels que ceux dénommés par les sigles L . D., O. L. P., L.D. -A. C., ne permettent aisément que l'élaboration d'aciers à teneur relativement élevée en carbone, à partir de fonte hématite ou de fonte phosphoreuse. Bien que l'opérateur puisse agir sur les caractéristiques du jet de soufflage d'oxygène en réglant la hauteur de la lance et le débit, des teneurs en carbone plus faibles que 0, 030 % sont très difficiles à atteindre. L'obtention de faibles teneurs en carbone, qu'il est cependant possible d'atteindre par un soufflage prolongé, se traduit alors par une oxydation importante du fer. En effet, dans la phase finale du soufflage, le renouvellement du métal au niveau du laitier et à l'impact du jet n'est pas assuré. La réaction de décarburation ne progresse plus et l'oxygène soufflé oxyde surtout le fer. Afin de remédier à cette difficulté, on a proposé d'injecter à la partie inférieure du convertisseur, pendant et/ou après l'injection du gaz contenant de l'oxygène, un gaz neutre ou oxydant tel que, par exemple, l'azote, l'argon, du gaz carbonique, de l'oxyde de carbone, de la vapeur d'eau, de l'air ou des mélanges de ceux-ci en proportions appropriées. L'injection de ce gaz neutre ou oxydant est réalisée par l'intermédiaire d'éléments perméables à ces gaz tels que des briques poreuses disposées dans le briquetage du fond du convertisseur ou dans ses parois à un niveau proche du fond. I1 est souhaitable que les gaz neutres ou oxydants injectés à des fins de brassage, soient répartis uniformément entre les divers éléments perméables disposés dans le fond du convertisseur. Pour atteindre ce but, on utilise habituellement des conduites indépendantes qui acheminent le gaz depuis un panneau de distribution et de régulation, situé sur le plancher de l'aciérie, A travers le tourillon du convertisseur jusqu'aux éléments perméables situés au fond du convertisseur, Ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter le perçage de nombreux passages tubulaires à travers le tourillon (ou la bague du tourillon) du convertisseur pour faire passer individuellement le gaz qui alimente chaque élément perméable. Ceci affaiblit le tourillon qui est déjà percé dans son axe d'un trou pour le passage de l'eau de refroidissement de la zone du bec du convertisseur On est contraint d'utiliser des trous de petit diamètre qui provoquent une perte de charge exces sive et limitent le débit de brassage. En outre, le faisceau de flexibles qui alimente chacune des tubulures doit s'enrouler autour de l'axe du tourillon, lorsque le convertisseur bascule. Il est relativement encombrant, fragile et coûteux et limite l'angle de rotation possible du convertisseur, La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif d'alimentation de gaz de brassage qui, tout en étant d'une construction plus simple, permette d'obtenir une répartition uniforme du gaz de brassage sur toute la surface du fond du convertisseur, à chacun des éléments perméables et n'en limite pas le débit. Elle a pour objet un dispositif d'alimentation et de distribution de gaz de brassage pour des unités d'injection situées dans le fond d'un convertisseur de fonte en acier à l'oxygène, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite dtalimenta- tion générale passant dans le tourillon du convertisseur et reliée à l'extérieur à une source de gaz de brassage par un joint tournant, et des conduites indépendantes d'alimentation de chaque unité d'injection, montées en dérivation sur la conduite d'alimentation générale en aval de son passage dans le tourillon et la reliant à chaque unité dtinjection, chacune de ces conduites indépendantes comportant un orifice sonique et en aval de ce dernier, une soupape d'échappement tarée. Les unités d'injection peuvent être des microtuyères délivrant des jets gazeux de faible diamètre, disposées dans le fond du convertisseur en nombre judicieux pour obtenir une répartition uniforme du gaz. On peut également avantageusement utiliser comme unité d'injection des briques poreuses, en nombre suffisant, ma çonnées dans le fond ou la partie basse du convertisseur. Ces briques poreuses sont, par exemple, des briques analogues aux autres briques du convertisseur, mais préparées avec un matériau d'une granulométrie différente, afin de les rendre poreuses. Le diamètre moyen des pores est en général inférieur à 1 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, sur lequel - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un convertisseur muni du dispositif d'alimentation et de distribution de gaz de brassage selon la présente invention; - la Fig. 2 est une vue schématique détaillée du dispositif selon la présente invention sur laquelle on nta représenté qu'unie seule conduite indépendante d'alimentation de chaque unité d'injection. Sur la Fig. 1, représentant schématiquement en coupe un convertisseur 1 muni de son revetement réfractaire 2, une conduite générale d'alimentation 3 d'un gaz neutre ou oxydant passant à l'intérieur du tourillon 4 du convertisseur est reliée au moyen d'un joint tournant 5 à une conduite 6 issue d'une installation d'alimentation en gaz non représentée. La conduite générale d'alimentation 3, qui traverse le tourillon 4 suivant son axe, peut éventuellement être placée à l'intérieur d'une conduite d'eau qui alimente le refroidis sement du bec du convertisseur. Cette conduite d'alimentation 3 comporte après sa traversée du tourillon, une tuyauterie semicirculaire 3a qui est installée à l'intérieur de la ceinture du convertisseur. Cette ceinture est constituée de poutres rigides circulaires creuses entourant le convertisseur et assurant son centrage et son support. De la tuyauterie 3a constituant une partie de la conduite générale d'alimentation 3, sont issues des conduites indépendantes d'alimentation 7a, 7b, 7c, 7d, etc... reliant la conduite générale à chaque unité d'injection 8a, 8b., 8c, 8d, etc... qui sont dans le mode de réalisation représenté, des briques poreuses maçonnées dans le revêtement réfractaire 2 du convertisseur. Sur la Fig. 2, le dispositif d'alimentation selon la présente invention a été représenté de façon simplifiée avec une seule ligne d'alimentation indépendante, et comporte également une représentation schématique de l'installation d'alimentation placée en amont du joint tournant. Cette installation d'alimentation comporte des sources de gaz neutre ou oxydant 9, 10 et 11, constituant le gaz de brassage, qui sont reliées par un système approprié de canali sations munies de leurs organes de fermeture et de sécurité à une conduite unique 12 débouchant dans un dispositif de régulation de pression 13. En aval de ce dispositif de régulation de pression 13, est monté un dispositif de régulation de débit 14 qui est com mandé par un dispositif de mesure et d'indexation de ce débit 15. L'installation d'alimentation en gaz de brassage est reliée par une conduite 6 à un joint tournant 5 placé à l'exté- rieur du convertisseur dont seul le tourillon 4 est schématique- ment représenté. La conduite générale d'alimentation 3 du dispositif selon la présente invention alimente une conduite indépendante d'alimentation 7a par l'intermédiaire de son prolongement 3a situé dans la ceinture du convertisseur. Sur cette conduite 7a est placée une vanne de sectionnement 16, puis en aval de cette dernière, un orifice calibré 17. En aval de cet orifice calibré 17 est placée une soupape d'échappement tarée 18 puis un manomètre 19. La liaison finale entre la soupape tarée 18 et la brique poreuse 8a est assurée par un flexible 20 en tuyau d'acier inoxydable on duleux, qui permet d'accommoder les déplacements relatifs de la brique poreuse 8a entrafnée par le briquetage du convertisseur, dans ses déplacements thermo-mécaniques, et l'ensemble des tuyauteries qui sont fixées à la coque du convertisseur. L'orifice calibré 17 est spécialement profilé afin que le gaz s'y détende à une vitesse sonique, de sorte que le débit ne dépend que dans une très faible mesure de la pression aval, si la pression amont P (pression absolue) est supérieure à deux fois la pression aval (pression absolue). Cette détente à vitesse sonique dans des orifices calibrés identiques pour chaque conduite indépendante, assure ainsi l'équirépartition des débits gazeux sur chacune des unités d'injection, quel que soit le débit total qui est ajusté par le régulateur de débit général 13 qui ajuste la pression amont P. Lorsqu'une brique poreuse se bouche, le débit du gaz dans l'orifice sonique est pratiquement nul, ainsi que sa perte de charge. On risque ainsi d'appliquer sur cette brique poreuse bouchée, une pression égale à la pression qui règne dans la conduite d'alimentation générale 3 des gaz avant détente.Cette pression risque d'être excessive pour la bonne tenue de la brique poreuse. Il est ainsi nécessaire de disposer une soupape d'échappe ment tarée 18, en aval de chacun des orifices calibrés, de façon à ce qu'en aucun cas, la pression d'alimentation de chacune des unités d'injection ne dépasse la valeur maximale considérée comme raisonnable et inférieure à la pression à laquelle cette unité d'in jection, par exemple une brique poreuse, serait détruite. Grâce à cette soupape tarée 18, le dispositif selon la présente invention présente également l'avantage de maintenir constamment la pression maximale tolérable sur l'unité d'injection qui s'est bouchée, de sorte que si, par exemple, grace à des courants de convection plus intenses à l'intérieur du convertisseur, cet élément perméable pouvait être débouché, la pression de gaz appliquée en permanence à l'unité d'injection, assure la remise en service normal de celle-ci. Il est à noter qu'on ne peut obtenir cet effet avec un dispositif généralement utilisé qui met en oeuvre une régulation de débit classique pour alimenter chacune des unités d'injection. La perte de charge importante que subit le gaz au cours de sa détente dans orifice calibré ne constitue pas en soi un inconvénient, car les gaz mis en oeuvre, quelle que soit leur nature, sont toujours à une pression largement suffisante pour alimenter cette perte de charge et assurer la pression mo trice qui est nécessaire pour faire passer le gaz à travers l'unité d'injection. Ces pressions élevées permettent en outre de réduire le diamètre de la conduite d'alimentation générale 3 qui traverse le tourillon, ce qui facilite l'adaptation du dispositif sur des convertisseurs existants, dont le tourillon n'a pas été prévu pour permettre les nombreux passages de tuyaux qui sont néces saires pour alimenter les éléments perméables avec la technique classique. Ce dispositif permet en outre de contrer, pen dant l'arrêt du convertisseur entre deux charges, le coefficient de perméabilité de chacune des unités d'injection, en relevant leur pression d'alimentation, mesurée après orifice de détente, grace au manomètre 19, pour un débit nominal affiché sur le régulateur de débit. Le manomètre 19 permet en outre de vérifier pen dant le fonctionnement si l'une des unités d'injection s'est bouchée. La vanne de sectionnement 16 permet de fermer la-conduite corres pondante d'alimentation si on le désire. REVENDICATIONS 1. Dispostif d'alimentation et de distribution de gaz de brassage par des unités d'injection (8a, 8b, 8c, 8d, ...) situées dans le fond d'un convertisseur de fonte en acier à l'oxygène, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite d'alimentation générale (3) passant dans le tourillon (4) du convertisseur et reliée à l'extérieur à une source de gaz de brassage par un joint tournant (5), et des conduites indépendantes d'alimentation (7a, 7b, 7c, 7d,...) de chaque unité d'injection (8a, 8b, 8c, 8d, ...) montées en dérivation sur la conduite d'alimentation générale en aval de son passage dans le tourillon et la reliant à chaque unité d'injection, chacune de ces conduites indépendantes comportant un orifice sonique (17) et en aval de ce dernier une soupape d'échappement tarée (18). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite générale d'alimentation comporte une partie (3a) de forme semi-circulaire logée dans la ceinture du convertisseur. 3. Dispositif selon la revendication l ou 2, carac térisé en ce que la partie terminale (19) des conduites indépendantes d'alimentation (7a, 'lob, 7c, 7d, ...) est constituée d'un tuyau flexible, 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les unités d'injection sont des briques poreuses maçonnées dans le fond du convertisseur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduites indépendantes d'alimentation (7a, 7b, 7c, 7d, ...) comportent, en amont de l'orifice sonique, une vanne de sectionnement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduites indépendantes d'alimentation (7a, 7b, 7c, 7d...) comportent en aval de l'orifice sonique, un manomètre ou une prise de pression.