Brevet FR2594446A1 — publié le 19870821

LANCE IMMER E REFROIDIE D'INJECTION DE PRODUIT GAZEUX DANS UN BAIN MéTALLIQUE L'invention concerne une lance d'insufflation de produits gazeux dans un bain de métal liquide, du type comportant une alimentation axiale unique en produit gazeux, un système d'injection de produit gazeux et un système d'injection de fluide de refroidissement perdu via un espace annulaire de faible dimension, entourant le courant gazeux injecté, la lance étant protégée par un gainage réfractaire. Le document FR-A-2388054 au nom du Demandeur fait connaitre une telle lance, dans laquelle le système d'injection de produit gazeux est constitué par un passage d'échappement axial unique, entouré de l'espace annulaire de faible dimension et débouchant sur la face frontale du nez de la lance. Quoique ce type de lance ait généralement donné satisfaction, on a pu constater dans certains cas une tendance à l'instabilité se manifestant par une usure prématurée de la partie immergée de la lance et par des phénomènes de battements pouvant conduire à la rupture de la lance au voisinage de son point d'attache. Le but de l'invention est de proposer une lance du type précité en tête de ce mémoire, mais qui soit moins sujette à l'instabilité. L'invention atteint son but du fait que la lance comporte une pluralité de passages de sortie latérale du produit gazeux, équirépartis autour de l'axe de la lance et issus du même endroit de l'alimentation axiale, chaque passage étant entouré d'un espace annulaire de faible dimension d'injection du fluide de refroidissement. Quoique le Demandeur n'entende pas etre limité par une explication théorique, il apparait que l'échappement radial du gaz a un effet stabilisateur sur la lance, et celui-ci est d'autant plus sensible que la résultante des forces de poussée dues aux jets de produits gazeux est faible, que cette résultante reste confondue avec l'axe de la lance et que, au niveau de chaque passage de sortie, la force de poussée due au fluide de refroidissement demeure proportionnellement faible par rapport à celle due au jet de gaz que ce fluide entoure.DU fait de l'équirépartition des passages de sorties, la résultante des jets gazeux est axiale, et il est possible de la choisir nulle par une configuration appropriée: par exemple en disposant les passages dans un plan exactement radial, ou bien en répartissant les passages sur deux nappes coniques symétriques par rapport à un plan radial, etc. La lance de l'invention est particulièrement avantageuse par rapport à la lance connue car dans celleci, le gaz injecté qui sort axialement crée au voisinage du nez de lance, dans le métal liquide, une région très agitée à forts mouvements de convection de métal en fusion véhiculant des balles de gaz et qui érodent facilement la surfare du nez. cet inconvénient ne se retrouve pas, ou peu, dans la lance selon l'invention grâce aux jets de sortie latéraux du gaz injecté qui font que les bulles se forment loin de la lance et que celle-ci par conséquent ne s'oppose pas à leur remontée à la surface du bain. Par ailleurs, comme le produit gazeux et le fluide de refroidissement sont distribués latéralement, le nez de la lance est intégralement en réfractaire, et peut avantageusement servir de garde au sol en venant en appui contre le fond du récipient. On peut de cette façon régler à coup sûr la profondeur d'immersion de la lance. Un tel réglage pose problème avec la lance connue qui exige un contrôle précis de sa position pour éviter une dégradation trop rapide du revêtement réfractaire interne du récipient surtout si le gaz injecté est de l'oxygène comme couramment le cas. Les produits gazeux utilisés, ainsi que les fluides de refroidissement peuvent être ceux décrits dans le document précité FR-A-2388054 auquel on se reportera. Selon une disposition particulièrement avantageuse de l'invention, la lance comporte une plaque de choc disposée transversalement dans l'alimentation axiale au voisinage immédiat de l'endroit ou prennent naissance les passages de sortie et des moyens d'alimentation en liquide de pulvérisation sont disposés en amont de ladite plaque. On crée de la sorte une zone d'impact permettant de pulvériser ledit liquide qui est ensuite véhiculé par le produit gazeux et s'échappe de la lance par les orifices latéraux. Naturellement, le courant gazeux peut également véhiculer des produits solides pulvérulents. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode préféré de réalisation. Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant en coupe l'extrémité d'une lance. On y voit une alimentation axiale 1 en oxygène, entourée d'une alimentation annulaire 2 en liquide de refroidissement (fioul, etc.), ces alimentations étant délimitées par des tubes coaxiaux 3 et 4 et entourées par un manchon réfractaire protecteur 5. Selon l'invention, l'alimentation axiale 1 se divise en une pluralité de canaux d'injection 6 débouchant latéralement par des orifices 7, équirépartis et dirigés radialement par rapport à l'axe 8 de la lance. Chaque canal 6 est entouré d'un espace annulaire 9 de très o faible dimension (par exemple 1/10 de mm), relié par l'intermédiaire d'une chambre annulaire de répartition 10 à l'alimentation annulaire 2 en liquide de refroidissement. Les canaux 6, les espaces 9, et la chambre 10 sont délimités de manière appropriée par des tubes 11 et 12 et des pièces de liaison spécialement conformées. La lance se termine par un nez 13 en matière réfractaire. Le fonctionnement de la lance est le suivant. L'oxygène est envoyé dans l'alimentation axiale 1 (flèche 14) et se répartit dans les canaux 6. I1 s'échappe de la lance au niveau des orifices latéraux 7 (flèches 15). Simultanément le fluide de refroidissement introduit par l'alimentation annulaire 2 s'échappe par le faible espace annulaire 9 qui entoure chaque passage 6. La disposition et la répartition radiale des passages 6 entraînent que la résultante des forces dues à l'échappement des gaz est sensiblement nulle Ou dirigée selon l'axe 8 selon que ces passages sont ou non de direction orthogonale à l'axe 8. Dans une version avantageuse de l'invention, le changement de direction imposé au courant gazeux entre l'alimentation axiale 1 et les canaux radiaux 6 est mis à profit pour pulvériser un liquide ajouté à cet effet dans le courant gazeux (par exemple de l'eau). Dans ce cas, une plaque de choc 16 est avantageusement disposée transversalement au sein du courant gazeux dans l'alimentation axiale 1, au niveau où celle-ci se divise pour former les passages latéraux 6. Uhe canne d'alimentation axiale 17 en liquide à pulvériser est alors prévue au sein de l'alimentation principale 1, et débouche en amont de la plaque de choc 16. Le liquide envoyé par cette canne 17, soit par sa propre énergie soit en utilisant le gaz, vient s'écraser contre la plaque de choc 16 et se divise en fines goutelettes, qui sont ensuite véhiculées par le gaz dans les canaux 6. Dans le mode de réalisation représenté, les canaux 6 sont tous dans un plan radial, de sorte que la résultante des forces de poussée est nulle. On arrive au même résultat en prévoyant deux "nappes" coniques de passages inversées. Enfin, pour certaines applications, on peut accepter une résultante non nulle des forces de poussée : on peut alors prévoir une ou plusieurs nappes coniques de passages. Par ailleurs on aura compris que l'effet recherché de pulvérisation du liquide peut être obtenu naturellement à l'endroit du changement truque d'orientation entre l'alimentation axiale et les passages latéraux. La présence d'une plaque de choc à cet t endroit favorise la pulvérisation sans pour autant étre une caractéristique nécessaire à cet effet. La lance immergée selon l'invention, bien que conçue initialement pour l'affinage des ferro-alliages à l'état liquide, comme le ferro-manganese par exemple -opération pour laquelle elle est parfaitement adaptée-, s'applique en fait au traitement de tous les bains de métaux en fusion, fonte, aciers, etc. REYENDICAIIONS 1. Lance d'insufflation de produits gazeux dans un bain de métal liquide, du type comportant une alimentation axiale (1) en produit gazeux, un système d'injection de produit gazeux et un système d'injection de fluide de refroidissement perdu via un espace annulaire entourant le courant gazeux, la lance étant protégée par un gainage réfractaire (5), caractérisée en ce que ledit système d'injection est constitué par une pluralité de canaux de sortie (6) débouchant latéralement sur la lance, équirépartis autour de l'axe (8) de la lance et issus du même endroit de l'alimentation axiale (1), chaque passage (6) étant entouré d'un espace annulaire (9) d'injection du fluide de refroidissement de faible dimension. 2. Lance selon la revendication 1, caractérisée en ce que les canaux d'injection (6) sont agencés de manière que la résultante des forces de poussée soit sensiblement nulle. 3. Lance selon la revendication 2, caractérisée en ce que les canaux d'injection (6) sont dirigés radialement. 4. Lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque de choc (16) disposée au voisinage de l'endroit d'où sont issus les canaux de sortie (6) dans l'alimentation axiale et des moyens (17) d'alimentation en liquide de pulvérisation, disposés en amont de ladite plaque. 5. Application de la lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 au traitement des ferro-alliages à l'état liquide.