Brevet FR2516938A1 — publié le 19830527

La présente invention est relative à un disposi- tif perméable pour l'introduction de gaz dans un bain de métal liquide et plus particulièrement pour l'introduc- tion d'un gaz de brassage dans de l'acier liquide. On utilise actuellement pour introduire des gaz de brassage dans l'acier liquide, au cours de l'éla- boration ou de l'affinage de ce dernier, des tuyères ou des briques nerméables de section rectangulaire qui ont anproximativaeent le même format que celui des briques qui sont utilisées pour briqueter le revêtement réfractaire du fond des convertis- seurs Ces briques perméables sont constituées par des éléments perméables, moulés ou enserrés à l'intérieur d'un caisson en tôle mince, à la base duquel on injecte, par un tube qui lui est soudé, le gaz de brassage. Ce type de disrositif S Perméables présentent cepen- dans les inconvénients suivants: la soudure du tube, effectuée sur la tôle mince, est relativement fragile et les déplacements re- latifs du briquetage du convertisseur constituant le re- vêtement réfractaire, par rapport à la tôle de fond du blindage de ce convertisseur peuvent provoquer une rupture de la liaison entre le tube d'alimentation du gaz et la tôle mince, ce qui provoque une fissure ou une ouverture par o s'échappent les gaz de brassage Ceux-ci se répandent alors dans le fond du briquetage du convertis- seur en y créant des surpressions qui peuvent soulever le revêtement réfractaire et amener sa destruction acci- dentelle; les dispositifs merméables du tvoe décrit pré- cédemment sont normalement enchassés dans le briquetage du convertisseur qui est maçonné, très serré, autour de ces dis-positifs de façon à maintenir-les briques du revête- ment en contact étroit avec la tôle mince constituant le caisson Il peut se produire au cours du fonctionnement du convertisseur, que sous l'effet des contraintes thermo- mécaniques, les briques de fond se déplacent les unes par rapport aux autres provoquant ainsi le desserrage du - caisson et de ce fait de la tôle mince qui constitue le caisson,de l'élément perméable sous forme de brique poreuse qu'il contient La fissure qui peut ainsi être ouverte entre la tôle du caisson et l'élément perméable cons- titue une amorce dangereuse d'infiltration de métal liquide; la pression appliquée au fond du dispositif perméable tend à déformer les parois métalliques de fai- ble épaisseur constituant le caisson, qui se décollent des éléments réfractaires perméables qu'il contient, ce qui est en particulier le cas lors d'un déplacement du briquetage comme indiqué précédemment Lors de l'in- jection de gaz de brassage, ce dernier chemine ainsi le long du caisson par la fente qui s'est créée et à travers laquelle il se fraye un passage jusque dans le bain d'acier liquide La largeur de cette fente peut devenir excessive et il peut se produire alors des infiltrations de métal liquide par ce passage ouvert entre la tôle du caisson et les éléments perméables qui y sont contenus Ces infiltrations sont dangereuses car elles peuvent atteindre la partie inférieure du dispositif perméable et le détruire, et s'introduire dans le tube d'alimentation du gaz et même trouver un passage jusque vers l'extérieur du convertisseur dans les canalisations d'amenée du gaz de brassage; la dépouille (ou la conicité) des dispositifs perméables qui sont exactement du même format que les briques du revêtement réfractaire du convertisseur, est relativement faible La pression du gaz de brassage exer- cée sur toute la surface du fond de l'élément perméable crée une poussée telle qu'elle peut déplacer celui-ci en dehors de son caisson et repousser progressivement au-dessus du niveau de la surface du fond du convertis- seur Son usure s'en trouve ainsi considérablement accé- lérée Ce mécanisme de destruction est très dangereux car il peut conduire à une percée de l'acier liquide à travers le fond du convertisseur lorsque la brique a été totalement usée La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un élément perméable pour l'introduction de gaz dans un métal liquide qui ne présente pas ces risques de désolidarisation des éléments perméables de l'enveloppe dans laquelle-ils sont contenus. L'invention a ainsi pour objet un dispositif perméable pour l'introduction de gaz dans un bain de métal liquide, comportant un caisson ouvert à sa partie supé- rieure dans lequel est disposé un élément réfractaire perméable aux gaz et dont le fond est relié à un tube d'admission desdits gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ouverte à sa partie supérieure, logée dans le caisson et dans laquelle est placé au moins un élment réfrac- taire perméable retenu par un premier liant réfractaire, le fond de l'enceinte comportant unorifice raccordé au tube d'admission des gaz qui traverse le fond du caisson, et l'enceinte étant fixée dans le caisson au moyen d'un second liant réfractaire. L'enceinte comporte de préférence un corps de révolution, sensiblement tronconique dont le diamètre le plus faible se trouve à l'ouverture supérieure-et dont la paroi latérale est munie de moyens de retenue faisant saillie vers l'intérieur et un fond bombé dont la convexité est tournée vers le fond du cais- son. Les moyens de retenue peuvent être constitués d'une ou plusieurs rainures circonférentielles ou d'un ensemble d'ergots ménagés dans la paroi latérale par em- boutissage ou tout autre moyen. L'invention sera exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés qui en représentent un mode de réalisation. Sur ces dessins la Fig 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un dispositif perméable pour l'introduction de gaz selon la présente invention; la Fig 2 est une vue en coupe du dispositif selon la Fig 1; la Fig 3 est une vue en perspective d'un élément réfractaire perméable placé dans l'enceinte de la Fig 1. Le dispositif permeable selon la présente inven- tion représenté à la Fig 1 comprend un caisson 1 de forme générale parallélépipédique ouvert à sa partie supérieure et comportant un fond plan, ce caisson étant réalisé en une tôle mince Le fond du caisson 1 est traversé par une tubulure 2 d'admission des gaz qui est soudée de façon étanche au fond du caisson. Une enceinte 3 rigide, qui est conçue pour résister à la pression du gaz, est logée dans le caisson 1 Cette enceinte comporte un corps 4 de forme sensible- ment tronconique ouvert à sa partie supérieure, le plus faible diamètre du corps tronconique correspondant à l'ouverture et un fond bombé 5 dont la convexité est tour- née vers le fond du caisson Le fond bombé 5 comporte un orifice 6 qui est raccordé de façon étanche à la tubulure 2 par une soudure. Le corps tronconique 4 comporte le long de. sa paroi latérale deux rainures circonférentielles 7 qui font saillies vers l'intérieur de l'enceinte 3. Selon une variante, les rainures circonfé- rentielles 7 peuvent être remplacées par des ergots 7 a, ou bien on peut utiliser une combinaison appropriée de ces rainures 7 et ergots 7 a. Des éléments perméables réfractaires 8 sont placés dans l'enceinte 3 sur un lit de matériau réfrac- taire granuleux 9 destiné à répartir le gaz de brassage sur toute la section de l'élément perméable (plus net- tement visible à la Fig 2). Les éléments perméables 8 sont insérés dans un premier liant réfractaire 10 qui est coulé vibré (ou da&mé) dans l'espace annulaire situé entre ces éléments t-erméables et l'enceinte 3, au-dessus dudit lit de matériau granu- leux 9. Le matériau réfractaire 10 est compatible avec le matériau réfractaire qui constitue les éléments perméables 8 et adhère solidement sur ces derniers dont les parois sont rugueuses et/ou munies d'aspérités On diminue ainsi les risques de déplacement de l'ensemble des éléments perméables, à l'intérieur de l'enceinte 3, d'une part,grâce à la forme tronconique de cette dernière, et, d'autre part, grâce aux rainures circonférentielles situées dans des plans parallèles à l'ouverture supérieure et/ou aux ergots ménagés sur la face interne de l'enceinte, qui empêchent tout déplacement du réfractaire 10 par rap- port à cette enceinte 3 L'enceinte 3 est réalisée en une tôle suffisamment épaisse pour résister à la pression du gaz et son fond bombé concourt en outre à accroître la résistance à la pression du gaz. L'ensemble ainsi constitué de l'enceinte 3 dans laquelle sont placés des éléments perméables 8 noyés dans un liant réfractaire 10, est logé dans le caisson 1 et rendu solidaire de ce dernier par insertion d'un second liant réfractaire 11 dans l'espace laissé libre entre l'enceinte 3 et le caisson 1 On réalise ainsi un ensemble rigide et monobloc entre l'enceinte 3 et les éléments qu'elle contient, et le caisson 1. Ce caisson l est de forme générale sensiblement parallélépipédique ou pyramidale qui est compatible avec le format du briquetage utilisé pour le fond du convertis- seur. Le second liant réfractaire 11 est par exemple un pisé réfractaire compatible à la fois avec le premier liant réfractaire 10 et le matériau réfractaire qui cons- titue les briques du revêtement réfractaire recouvrant le fond du convertisseur. La structure du dispositif perméable pour l'in- troduction de gaz selon la présente invention ainsi réali- sée, présente les avantages suivants un défaut d'étanchéité entre la tubulure 2 et l'enceinte 3 ne peut pas provoquer de désordre domma- geable au fond du convertisseur, car les gaz qui s'échap- peraient par la fissure ainsi ouverte, resteraient conte- nus dans l'enveloppe métallique constituant le caisson 1 et ne pourraient que diffuser lentement, à travers le matériau réfractaire 11 vers le bain de métal liquide contenu dans le convertisseur Ces gaz ne pourraient pas pénétrer à l'intérieur du massif réfractaire que constituent les briques du fond du convertisseur; la pression du gaz introduit par la tubu- lure 2, et qui peut être par exemple un gaz de brassage, peut atteindre des valeurs élevées sans dommage, car ce gaz est contenu entièrement dans l'enceinte 3 qui est calculée pour résister à ces pressions élevées Le gaz de brassage ne peut en outre pas chasser ou déplacer les éléments perméables 8 et le matériau liant réfractaire 10 qui les entoure, car ceux-ci sont solidaires et solidement ancrés à l'enceinte 3 grâce aux rainures 7 et/ou ergots 7 a et à la forme tronconique de cette enceinte; cette structure permet en outre d'adopter la forme géométrique et la section les plus favorables à la fois pour les éléments perméables 8, et pour le cais- son 1 qui doit être logé dans le briquetage de fond du convertisseur. A titre d'exemple, les éléments perméables 8 peuvent se présenter sous la forme d'une masse monolithi- que réalisée à partir d'un mélange réfractaire grenu, fritté, poreux, par exemple tel que décrit dans le brevet US 4 230 931, ou sous la forme d'un empilage de plaquettes en un matériau réfractaire, ces plaquettes étant accolées et disposées verticalement dans l'enceinte 3. Les plaquettes 8, dont une est représentée en détail à la Fig 3, ont notamment une forme parallélépipé- dique ou de préférence prismatique engendrée sur une base trapézoïdale et sont disposées verticalement selon leur plus grande dimension, de telle sorte que la grande base 12 des faces principales 13 des plaquettes repose sur le lit de matériau réfractaire granuleux 9. On peut prévoir sur les faces latérales 14 des plaquettes 8 des moyens d'ancrage sous forme de parties en saillie 15 ou en creux (non représentées) par rapport à ces faces qui concourent avec la forme en trapèze des faces principales des plaquettes à l'ancra- ge solide de ces dernières dans le liant réfractaire 10, empêchant ainsi toute éjection des plaquettes 8 par le gaz de brassage. On confère à la masse réfractaire, constituée par les plaquettes accolées, la perméabilité souhaitée pour le passage des gaz, en réalisant des microcanaux 16 sensiblement verticaux qui favorisent l'écoulement du gaz et assurent la perméabilité et le débit de gaz à tra- vers les éléments perméables. Pour réaliser ces microcanaux, on peut,par exemple, strier longitudinalement une ou les deux faces principales 13 des plaquettes qui sont ensuite accolées, de sorte que les stries, lorsque les plaquettes sont em- pilées, constituent ces microcanaux longitudinaux qui confèrent à l'élément perméable une excellente perméabi- lité et permettent de débiter des quantités importantes de gaz. On peut ainsi par exemple réaliser des pla- quettes ayant une épaisseur d'environ 8 mm, une longueur de 650 à 750 mm obtenue en une seule pièce, ou éventuelle- ment en deux pièces et une largeur de 150 à 250 mm Les stries qui sont pratiquées à la surface des plaquettes, sur une ou les deux faces principales, ont une profondeur de quelques dixièmesde millimètres, et au maximum de 0,3 mm, de façon à ce que l'écartement ouvert entre deux plaquettes juxtaposées n'excède en aucun cas 0,5 mm. Cette limitation de la dimension des microcanaux élimine le risque d'infiltration de métal qui provoquerait la perte progressive de la perméabilité de l'élément perméa- ble constitué par l'empilage des plaquettes. Les microcanaux peuvent aussi être obtenus en introduisant lors du pressage de ces plaques au fond du moule un tissu organique aéré dont le diamètre des fils sera compris entre 1/10 ème de millimètre à 0,3 mm Lors de la cuisson de ces pièces, le tissu en fibres organiques brûlera et permettra de ce fait de donner aux plaquettes les microcanaux nécessaires à une bonne perméabilité. Le matériau réfractaire constituant l'élément perméable 8 est choisi pour résister aux chocs thermiques auquel il est soumis lorsque, préchauffé par l'ambiance du convertisseur, il est soudainement refroidi lorsque l'on admet à plein débit le gaz de brassage Ce matériau doit résister à l'action des gaz qui le traversent et qui peuvent être, par exemple: neutres, tels que l'azote ou l'argon; réducteurs tels que l'oxyde de carbone, l'hydro- gène; oxydants tels que l'oxygène ou la vapeur d'eau;ou carbonatants-tels que le gaz-carboniqueé ou des mélanges compatibles de-ces gaz Ces matériaux doivent donc résister à l'action corrosive du métal liquide oxydé ainsi qu'à celle des laitiers basiques chargés en oxyde de fer avec lesquels ils se trouvent en contact pendant les opé- rations de brassage. Ces matériaux peuvent notarment être à la base de grains de magnésie, de corindon, de mullite frit- tée et/ou électrofondue, liés entre eux par de l'argile, de l'alumine et/ou de l'oxyde de chrome-, puis refrittés à haute température L'ensemble de ces plaquettes pourrait être fait intégralement en nitrure de silicium ou en une variété de sialons. Pour améliorer la tenue à la corrosion de cet élément réfractaire à stries supercicielles ou poreu- ses, on peut également ajouter aux composés ci-dessus, du graphite ou du nitrure de bore qui réduisent encore la mouillabilité de ces éléments par rapport au métal fondu. Le premier liant réfractaire 10 dans lequel -sont noyés les éléments perméables 8 doit bien évidemment être compatible avec ces derniers et est un matériau clas- siquement utilisé à cet effet. Le second matériau liant réfractaire est éga- lement un matériau classique tel qu'un pisé basique choisi pour sa compatibilité à la fois avec le premier liant réfractaire et avec le matériau réfractaire basique qui constitue le briquetage du fond du convertisseur. En effet, par mise en contact avec le métal liquide, les enveloppes métalliques constituant le caisson 1 et l'enveloppe 3 sont liquéfiées et éliminées au moins sur une certaine hauteur de sorte que le matériau réfrac- taire basique constituant le briquetage du fond du conver- tisseur vient au contact du second liant réfractaire 11 qui est lui-même au contact du premier liant réfractaire 10. REVENDICATIONS 1 Dispositif perméable pour l'introduction de gaz dans un bain de métal liquide, comportant un caisson ( 1) ouvert à sa partie supérieure dans lequel est disposé un élément réfractaire perméables aux gaz ( 8) et dont le fond est relié à un tube d'admission ( 2) desdits gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ( 3) ouverte à sa partie supérieure, logée dans le caisson ( 1) et dans laquelle est placé au moins un élément réfractaire perméable ( 8) retenu par un premier liant réfractaire ( 10), le fond ( 5) de l'enceinte comportant un orifice ( 6) raccordé au tube d'admission ( 2) des gaz qui traverse le fond du cais- son, et l'enceinte étant fixée dans le caisson au moyen d'un second liant réfractaire ( 11). 2 Dis-Dsitif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte comporte un corps ( 4) sensiblement tronconique dont le diamètre leplus faible se trouve à l'ouverture supérieure et dont la paroi latérale est munie de moyens de retenue ( 7, 7 a) faisant saillie vers l'inté- rieur et un fond bombé ( 5) dont la convexité est tournée vers le fond du caisson. 3 Distositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de retenue sont constitués par au moins une rainure circonférentielle et/ou un ensemble d'ergots. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caisson est sensible- ment parallélépipédique. Dispositif selonl'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément réfractaire est constituée d'une masse monolithique en un mélange réfractai- re grenu, fritté et poreux. 6 Dispositif selonl'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément perméable ( 8) est constitué d'un ensemble de plaquettes parallélépipédiques ou prismatiques droites disposées verticalement selon leur plus grande dimension, dont les faces latérales sont munies de moyens d'ancrage ( 15) et comportant des microcanaux longitudinaux ( 16), placées sur un lit de matériau ré- fractaire granuleux ( 9). 7 Dis-ositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les microcanaux sont réalisés en striant longi- tudinalement la face des plaquettes de sorte que les stries aient une profondeur au plus égale à 0,3 mm. 3 Dispositif selon la revendication 6, caractérise en ce que les microcanaux sont réalisés en plaçant entre les plaquettes ( 8) un tissu organique aéré dont le diamètre des fils est compris entre 0,1 et 0,3 mm. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisé en ce que les plaquettes sont réa- lisées en un matériau à base de grains de magnésie, de corin- don, de mullite frittée et/ou électrofondue, liés entre aux par de l'argile, de l'alumine, et/ou de l'oxyde de chrome, puis refrittés à haute température. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisé en ce que les plaquettes sont en ni- trure de silicium ou en une variété de sialons. 11 Dispositif selon la revendication 9 ou 10, carac- térisé en ce que les plaquettes comportent en outre comme matériau constitutif du graphite ou du nitrure de bore.