Brevet FR2579621A1 — publié le 19861003

LANCE DE SOUFFLAGE POUR LE TRAITEMENT DE BAINS METALLIQUES DANS DES INSTALLATIONS METALLURGIQUES La présente invention concerne une lance de soufflage pour le traitement de bains métalliques dans des installations métallurgiques, qui se compose d'un tube métallique pourvu d'une enveloppe céramique réfractaire. Du fait de l'évolution de la technologie dans le domaine métallur- gique ainsi que de la tendance à l'augmentation des dimensions, de la capacité et de la productivité spécifique des appareillages des usines métallurgiques, on a mis au point dans la dernière décade de nombreux procédés de traitement d'acier susceptibles d'être appliqués en dehors des installations de fusion. Ces procédés ont été mis au point, en premier lieu, pour la désoxydation et la désulfuration des aciers. L'idée d'ajouter des matières pulvérulentes aux bains de métaux en fusion a eu, en premier lieu, un effet favorable sur les tendances orientées vers les économies de matières ainsi que sur une plus grande efficacité des procédés, mais il faut noter que, dans la pratique, seule cette manière permet de conduire certaines opérations technologiques. L'introduction de telles matières pulvérulentes ou granuleuses dans des bains métalliques est effectuée a l'aide de systèmes d'injec- tion. Parmi les systèmes d'injection, on classe également les lances de soufflage à l'aide desquelles différents gaz et, le cas échéant, des agents pulvérulents ou granuleux, peuvent être introduits en-dessous de la surface du bain de fusion. Les lances connues se composent généralement d'un tube de cuivre à paroi épaisse qui est pourvu d'une enveloppe formée d'un matériau réfractaire. Au cours de la fabrication de ce qu'on appelle un type de lance à utiliser une seule fois, on dépose, sur la périphérie du tube de cuivre, 2 2579621 une masse réfractaire auto-durcissante, et ensuite on enfile sur celle- ci des éléments tubulaires constitués d'argile également réfractaire, généralement de la chamotte. Ensuite, on dépose sur ceux-ci à nouveau extérieurement une masse réfractaire et on sèche ensuite l'enveloppe. Lors de la fabrication des lances à utiliser plusieurs fois, on coule, sur le tube de cuivre, une enveloppe formée d'argile réfractaire liquide ayant une teneur en A1203 supérieure à 80% et on la fait ensuite calciner. Un inconvénient fondamental des deux types de lances consiste en ce qu'elles sont extrêmement rigides et cassantes, ce qui conduit très fréquemment à leur détérioration en cours d'utilisation. Le bain de métal en fusion ne se trouve, en effet, jamais dans une condition de repos et il soumet ainsi la lance immergée à une condition de turbu- lence, de sorte qu'il se produit, dans l'enveloppe, des fissures et que la lance devient rapidement inutilisable. Par ailleurs, une forte tendance à la fissuration de la grande différence entre les coefficients de dilatation thermique respectifs du tube de cuivre à paroi épaisse et de l'enveloppe. Du fait que les deux couches sont liées entre elles et qu'il se produit, lors de l'immersion dans le bain de fusion, un échauffement important de la lance, il se forme déjà des fissures simplement à cause de la différence entre les coefficients de dilatation themique. D'autres difficultés sont causées par l'échauffement des lances car la température des bains métalliques de fusion est généralement bien supérieure à 1000 C. L'invention a, en conséquence, pour but de créer une lance qui soit moins rigide que les lances classiques, qui résiste relativement bien à la chaleur et qui ait, par conséquence, une durée de service bien supérieure à celle des lances antérieures. Ce problème posé est résolu selon l'invention en ce que, dans le cas d'une lance pourvue d'une enveloppe céramique réfractaire, le tube métallique est formé de plusieurs couches entre lesquelles sont ménagés des canaux pour un agent de refroidissement, et en ce qu'il est prévu, entre le tube métallique et l'enveloppe, une couche élastique réfrac- taire. Le tube métallique à plusieurs couches se compose, avantageuse- ment, d'un tube intérieur de transport et d'un tube-enveloppe extérieur des nervures radiales étant disposées entre les deux tubes. Dans les canaux pour agent de refroidissement situés entre le tube de transport et le tube-enveloppe, il est avantageusement prévu au moins une chambre de renvoi qu'on forme, par exemple, en donnant aux nervures situées sur la partie inférieure de la lance une longueur inférieure à celle du tube de transport et du tube-enveloppe. Le canal pour l'agent de refroidissement peut, cependant, aussi comporter des trous ménages dans la partie inférieure des nervures. Les canaux pour l'agent de refroidissement qui sont prévus entre le tube de transport et le tube-enveloppe peuvent être obturés par une plaque de fond ou par un appendice tubulaire. Avantageusement, l'appen- dice tubulaire est pourvu également d'un filetage extérieur assurant la fixation de l'embout de lance. La couche élastique réfractaire prévue entre le tube métallique et l'enveloppe est avantageusement constituée par une bande d'amiante fixée autour du tube métallique, l'enveloppe proprement dite pouvant être constituée d'une seule couche coulée ou bien de plusieurs couches et tubes en chamotte. Les lances réalisées conformément à l'invention sont bien plus élastiques que les lances de structure classique car il est prévu une couche élastique entre le tube métallique et l'enveloppe. De ce fait, l'enveloppe n'est soumise à aucune sollicitation résultant d'une diffé- rence entre les coefficients de dilatation thermique et elle oppose aussi une meilleure résistance à des influences mecaniques extérieures. Un autre avantage important-de la structure conforme à l'invention consiste en ce que le tube métallique est constitué de plusieurs couches et en ce que des canaux pour l'agent de refroidissement sont formés entre les couches. Cette particularité réduit, dans une large mesure, la sollicitation thermique de la lance. Grâce aux caractéristiques de construction qui ont été définies ci-dessus, les lances conformes à l'invention ont une plus longue duree de service que les lances classiques, ce qui permet d'obtenir, dans le domaine considéré, des économies importantes non seulement à cause de la réduction du nombre de lances consommées, mais également parce que le nombre des bains de rebut s'en trouve réduit dans une forte proportion, ce qui est d'une importance essentielle, compte tenu des dimensions des poches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - - la figure 1 représente, en partie en coupe, une forme de réalisa- tion d'une lance selon l'invention; - la figure 2 est une coupe, faite sur la ligne II-II, de la lance représentée sur la figure 1; - la figure 3 représente une autre forme de réalisation de la lance selon l'invention. A l'intérieur de la lance représentée sur la figure 1, un tube de transport 1 et un tube-enveloppe 2 sont disposés concentriquement. Le tube de transport 1 et le tube-enveloppe 2 sont reliés, entre eux; par des nervures radiales 3. Les nervures sont soudées sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2. La partie inférieure des nervu- res 3 est pourvue de trous 4 pour le passage d'un agent de refroidisse- ment entre les canaux orientés parallèlement entre eux. Sur la figure 2, qui est une vue en coupe de la figure 1, on peut voir que, pour la forme de réalisation représentée, le volume situé entre les deux tubes est divisé en quatre parties, c'est-à-dire qu'il est prévu quatre canaux pour l'agent de refroidissement. Parmi ceux-ci, les canaux 5a canalisent avantageusement l'agent de refroidissement vers le bas, les canaux 5b vers le haut, l'agent de refroidissement passant des canaux 5a dans les canaux 5b par l'intermédiaire des trous 4. A la partie inférieure de la lance, une tubulure d'obturation 6 est soudée sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2. Cette tubulure assure, d'une part l'obturation de la partie inférieure des canaux 5a et 5b et, d'autre part, à l'aide d'un filetage prévu sur sa périphérie extérieure, la fixation de l'embout 7 qui constitue l'extré- mité ou la "pointe" de la lance. L'embout de lance 7 est pourvu d'une buse centrale qui est disposée coaxialement par rapport au canal central du tube de transport 1 et de la tubulure d'obturation 6. Sur la périphérie extérieure du tube-enveloppe 2, est enroulé un cordon en amiante qui forme la couche élastique 9. Sur cette couche 9 est déposée, une autre couche 10, d'argile réfractaire auto-durcissante. Pour former la dernière couche de l'enve- loppe, des éléments tubulaires en chamotte sont enfilés sur la lance. La figure 3 représente une autre forme de réalisation de la lance selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'intérieur de la lance est également constitué du tube de transport 1 et du tube- enveloppe 2, ainsi que des nervures 3 soudées entre les deux tubes. La partie inférieure de la lance est délimitée dans ce mode de réalisation par une plaque de fond 12, qui est soudée sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2. Cette plaque de fond 12 obture les canaux pour l'agent de refroidissement définisentre le tube de transport 1 et le tube-enveloppe 2 et elle porte les couches 10 et 13 qui sont déposées sur la couche élastique formée d'une manière analogue à ce qui a été représenté sur la figure 1. La couche 10 se compose -comme dans l'exemple précédemment décrit- d'argile réfractaire auto- durcissante, la couche 13 est formée de béton réfractaire ayant une teneur en A1203 d'environ 80% et qui est coulée dans des gabarits sur la couche 10. Pour définir la chambre de renvoi des canaux pour l'agent de refroidissement sont agencées, dans ce mode de réalisation, les nervu- res 3 sont plus courtes que le tube de transport 1 et le tube-envelop- pe 2, de manière que l'agent de refroidissement puisse passer d'un canal dans l'autre entre le bord inférieur des nervures 3 et la plaque de fond 12. Les structures représentées se sont avérées extrêmement efficaces en pratique et elles ont permis de mettre au point une technologie qui n'avait pas pu être envisagée avec les lances de type antérieur. Ainsi, il a été possible, à l'aide des présentes lances, extrêmement résistan- tes et élastiques, de commencer l'injection déjà au cours de la coulée. Cela signifie que la lance est introduite dans la poche de coulée déjà avant le début de la coulée et qu'aussitôt que l'écoulement du métal en fusion dans la poche commence, on peut amorcer l'injection. Du fait que dans de telles circonstances, la lance est soumise simultanément à des efforts mécaniques et à l'action thermique du bain de métal en fusion, cette technologie n'avait pas pu être appliquée aux lances connues. Les lances agencées conformément à la présente invention peuvent, par contre, subir les sollicitations décrites ci-dessus sans être endommagées et elles ont permis de réaliser une injection même dans de l'acier fondu déversé d'une hauteur d'environ 6 m pendant une période d'environ 5 à 10 minutes. Après le déversement, l'injection est poursuivie généralement encore pendant 15 à 20 minutes supplémentaires et, ensuite, une autre injection peut être effectuée au cours de la coulée et/ou après celle- ci. Naturellement, la lance conforme à l'invention peut être également 6 2579621 utilisée pour un injection classique dans des poches ou convertisseurs. Sa haute tenue est caractérisée par le fait que, alors que pour des traitements réalisés avec des lances classiques, on usait généralement quatre lances pour trois traitements et que neuf à dix bains ai maximum pouvaient être traités lorsqu'on utilisait des lances de la meilleure qualité; il est possible de traiter avec la lance conforme à l'invention facilement quinze bains de fusion. Il est également remarquable que, alors qu'au cours des traite- ments réalisés avec des lances conformes à l'invention, on a effectué l'injection dans des poches de 120 tonnes, on a enregistré au total seulement un seul rebut du bain de fusion par suite d'un défaut de lance pour 410 bains de fusion (charges) traités. Les considérations ci-dessus montrent que la lance selon l'inven- tion permet d'obtenir, pour les traitements effectués conformément à la technologie classique, une durée de service qui est considérablement supérieure à celle des lances connues et garantit, ainsi, une techno- logie de qualité et qu'elle permet, en outre, d'utiliser de nouvelles technologies qui n'auraient pas pu être mises en oeuvre avec les lances connues. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nom- breuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 7 2579621 REVENDICATIONS 1.- Lance de soufflage pour le traitement de bains de métaux en fusion dans des installations métallurgiques, comportant un tube métal- lique pourvu d'une enveloppe céramique réfractaire, caractérisée en ce que le tube métallique est formé de plusieurs couches entre lesquelles sont ménagés des canaux (5a, 5b) pour un agent de refroidissement et en ce qu'une couche élastique réfractaire (9) est disposée entre le tube métallique et l'enveloppe. 2.- Lance de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube métallique comporte un tube de transport (1) et un tube-enveloppe (2) et en ce que des nervures radiales (3) sont disposées entre lesdits tubes. 3.- Lance de soufflage selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les canaux (Sa, 5b) pour l'agent de refroidisse- ment sont associés à au,moins une chambress de renvoi. 4,- Lance de soufflage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la chambre de renvoi est formée par des trous (4) ménagés dans la partie inférieure des nervures (3). 5.- Lance de soufflage selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour former la chambre de renvoi, les nervures (3) sont, à la partie inférieure de la lance, plus courtes que le tube de transport (1) et le tube-enveloppe (2). 6.- Lance de soufflage selon une quelconque des revendications 1 à , caractérisée en ce qu'une tubulure d'obturation (6) est fixée sur la partie inférieure du tube de transport (1) et du tube-enveloppe (2). 7.- Lance de soufflage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tubulure d'obturation est pourvue sur sa périphérie extérieure d'un filetagé sur lequel est vissé un embout de lance (7). 8.- Lance de soufflage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle est pourvue, à son extrémité supérieure, d'une tubulure d'entrée d'agent de refroidissement. 9.- Lance de soufflage selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la couche élastique (9) est formée d'un cordon d'amiante. 10.- Lance de soufflage selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'une couche (10) formée d'argile réfractaire auto-durcissante est disposée sur la couche élastique (9). 8 2579621 11.- Lance de soufflage selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une couche formée de tubes de chamotte (11) est placée sur la couche (10) formée d'argile réfractaire auto-durcissante. 12.- Lance de soufflage selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une couche de,béton réfractaire (13) contenant du A1203 est prévue sur la couche (10) formée d'argile réfractaire auto-durcissante.