Brevet FR2732359A1 — publié le 19961004

EMBOUT POUR UNE CUVE DE DEGAZAGE La présente invention concerne un embout pour une cuve de dégazage avec un revêtement réfractaire dans lequel est agencé un dispositif de lavage au gaz avec plusieurs canaux qui, répartis sur la périphérie de l'embout, traversent le revêtement réfractaire dans une direction radiale par rapport à l'axe longitudinal central de l'embout et qui peuvent être raccordés à l'extérieur à au moins une conduite d'admission du gaz. Le développement d'éléments de lavage au gaz pour cuves de dégazage est décrit dans le "Radex-Rundschau, cahier 4, 1990, 365". Dans ce document, il est mentionné que dans un dispositif type avec six à douze tubes de chacun 3 ou 4 mm de diamètre, le lavage s'effectue dans l'embout d'admission du récipient à vide. Dans le "Radex-Rundchau, cahier 4, 1992, 171", un procédé Ruhrstahl-Heraeus est présenté, pour lequel de l'argon est insufflé dans l'embout d'admission à travers des petits tubes d'acier rigides de 3 à 4 mm de diamètre. Selon le procédé Ruhrstahl-Heraeus, l'acier liquide est envoyé à partir d'une poche de coulée dans une conduite montante de gaz à l'aide d'un gaz d'alimentation, en particulier l'argon, qui est introduit dans la conduite montante de gaz au-dessus du niveau du bain d'acier, par l'augmentation du volume du gaz dans la conduite montante et, en outre, par la différence de pression entre la pression atmosphérique extérieure et la dépression du récipient à vide, l'acier liquide est envoyé dans ce dernier. L'acier liquide aspiré dans le récipient à vide est projeté en pluie, ce qui provoque une forte augmentation de la surface et ainsi un bon dégazage. L'oxygène introduit simultanément, et qui est délivré entre autres par les scories pendant tout le temps du traitement, conduit à la formation de monoxyde de carbone qui dégage dans le récipient à vide, par quoi la décarburation souhaitée est obtenue. Par l'insufflation complémentaire d'oxygène, on a tenté d'optimiser la décarburation fine pour obtenir les valeurs les plus basses possibles. Une décarburation rapide est obtenue en particulier par une vitesse de rotation élevée de la masse fondue et donc une augmentation du flux de gaz d'alimentation ainsi que par une augmentation du diamètre de l'embout du dispositif de vide. Dans EP 0 297 850 Ai, un embout du type mentionné au début est décrit dans le cadre d'un procédé Ruhrstahl- Heraeus. A cet effet, plusieurs canaux divisés en deux groupes sont placés de façon périphérique dans l'embout d'admission, un groupe recevant du gaz sous haute pression et l'autre groupe, du gaz sous basse pression. De cette manière, les flux de gaz introduits doivent pénétrer à différentes profondeurs dans le bain de fusion conduit à travers l'embout et permettre une absorption régulière du gaz dans le bain de fusion sur toute la section transversale de l'embout. Pour la zone de l'embout citée, il est d'usage, en tant que matériau réfractaire, d'utiliser des qualités de magnésie contenant du chrome qui font preuve d'une bonne solidité. Cependant, l'utilisation de qualités contenant du chrome rencontre aujourd'hui quelques réticences pour des raisons d'environnement. Certaines directives légales exigent de renoncer totalement aux matériaux contenant du chrome. L'objet de l'invention est d'optimiser les embouts pour cuves de dégazage connus, l'objectif étant en particulier de diminuer et d'homogénéiser l'usure du revêtement céramique réfractaire. On sait, d'après l'invention, que cet objectif peut être atteint à l'aide d'un " lavage en spirale " de l'acier conduit dans l'embout (le tube plongeur) avec un gaz de traitement approprié en combinaison avec un matériau spécialement choisi pour le revêtement réfractaire de l'embout lorsque les paramètres suivants sont respectés: - le gaz doit être amené à la périphérie sous forme d'un voile gazeux pratiquement continu. - le revêtement réfractaire de l'embout doit être, au moins dans la zone des canaux, de préférence intégralement constitué d'un matériau céramique réfractaire sans chrome. La conception décrite d'un dispositif de lavage au gaz dans lequel le bain de fusion conduit à travers l'embout est irrigué de façon régulière, périphérique et pratiquement continue (ininterrompue) par de très fines bulles de gaz, apporte, d'un point de vue métallurgique, un avantage si évident et étonnant pour le traitement du bain de fusion, que l'embout peut être revêtu, au moins dans la zone des canaux, d'un revêtement réfractaire composé d'une qualité de magnésie ne contenant pas de chrome. Les produits à base de magnésie ne contenant pas de chrome sont certes connus de l'état de la technique (DE 43 19 741 A1; DE 35 27 789 C2), mais pour d'autres champs d'application. L'utilisation de qualités de magnésie ne contenant pas de chrome dans un embout selon l'état de la technique était impossible jusqu'à ce jour pour des raisons de solidité. La technique de lavage décrite ci- dessus en relation avec le dispositif de lavage au gaz spécialement développé conduit cependant à ce que les qualités sans chrome, en particulier les qualités réfractaires basiques, puissent être utilisées sans diminuer de façon notable la solidité de l'embout. Ceci représente un progrès considérable du point de vue des techniques écologiques. Concrètement, les matériaux suivants peuvent être utilisés: - magnésie et spinelle (blocs et briques de MgO-A1203 et de spinelle), - briques et blocs de magnésie et de spinelle, - blocs et briques de magnésie avec une teneur en MgO de plus de 97 % en poids activés par ZrO2 ou bien A1203, ou qualités de magnésie avec une teneur inférieure à 1,0 % en poids en additifs métalliques sous forme de grains entre 0,1 et 2,0 mm, - magnésie avec des additifs jusqu'à 8,0 % en poids en autres oxydes réfractaires sous forme de grains, compactes ou en morceaux d'une taille inférieure à 5 mm. Cependant, l'énumération ci-dessus n'est donnée qu'à titre d'exemple. D'autres qualités, par exemple celles indiquées par DE 43 19 741 Ai, peuvent être utilisées. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, il est possible d'utiliser des matériaux réfractaires imprégnés de brai. Ainsi, le niveau de solidité de l'embout peut être encore augmenté. Ensuite l'invention concerne, dans son mode de réalisation le plus général, un embout du type utilisé pour une cuve de dégazage, les canaux destinés à former un voile gazeux pratiquement continu étant placés très près les uns des autres de façon circulaire le long de la paroi intérieure de l'embout et le revêtement de l'embout étant, au moins dans la zone des canaux, de préférence intégralement constitué d'un matériau réfractaire ne contenant pas de chrome. Cette configuration apporte les avantages suivants: on obtient un flux régulier d'acier liquide jusque dans le récipient à vide. L'admission du gaz, de préférence à bulles fines, qui est distribuée sur toute la périphérie permet une répartition particulièrement précise du gaz de traitement avec un volume de réaction entre le gaz de traitement et l'acier en fusion qui est simultanément fortement augmenté. Le gaz, par exemple de l'argon, monte le long de la paroi interne de l'embout et protège ainsi le matériau du revêtement réfractaire de l'embout. Il en résulte une usure beaucoup plus homogène et moins importante du matériau réfractaire non seulement dans l'embout même, mais aussi dans le récipient inférieur du dispositif de vide. Une formation de fond de poche, telle qu'elle a été partiellement observée dans l'état de la technique dans la partie moyenne et la partie supérieure du récipient à vide, ne se produit pratiquement plus. Le temps de traitement de l'acier avec des éléments d'alliage est réduit. De façon analogue, la quantité nécessaire en produits d'alliage est réduite. On obtient finalement une décarburation plus importante et plus rapide, ce qui diminue la quantité nécessaire en agents réducteurs. La configuration du dispositif circulaire de lavage au gaz peut être modifiée de différentes façons. Dans un premier mode de réalisation, il est prévu de réaliser le dispositif de lavage au gaz en tant que bloc monolithique annulaire, fondu ou moulé, dans lequel les canaux sont agencés radialement de façon adéquate. De même, le bloc annulaire peut être composé de plusieurs segments annulaires réfractaires, par exemple moulés, les canaux traversant les différents segments. Chaque segment annulaire comporte plusieurs canaux, un autre mode de réalisation prévoyant de connecter les canaux d'un segment annulaire à l'extérieur à une chambre commune de séparation des gaz qui, elle- même peut être raccordée à une conduite d'admission de gaz. Les chambres de séparation des gaz peuvent aussi être reliées entre elles par des moyens techniques de circulation, ainsi une seule conduite d'admission de gaz est nécessaire. De cette façon, le flux de gaz admis est homogénéisé. En combinaison avec un type d'arrivée de gaz à très petite ouverture (ou à très petit diamètre), ceci permet d'opérer avec une pression de gaz nettement inférieure par rapport à l'état de la technique. La pression du gaz est réglée de façon à ce que la formation du voile gazeux périphérique décrit précédemment soit réalisée. La forme et la taille des segments annulaires peuvent être très variables. Il est ainsi possible de construire le dispositif de lavage au gaz circulaire à partir d'un total de dix segments annulaires. Chaque segment annulaire peut être constitué de plusieurs briques, les canaux devant être présents dans chaque brique. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif circulaire de lavage au gaz, les arrivées de gaz peuvent être placées en symétrie de révolution sur toute la périphérie du revêtement réfractaire de l'embout. Ceci garantit une admission radiale particulièrement régulière du gaz dans le bain de fusion. Si les arrivées de gaz possèdent des diamètres différents (par exemple 0,5 à 1,5 mm) ou des sections transversales différentes (rondes, en forme de fente etc.), il est aussi possible de régler la pression du gaz pour chaque canal de façon à ce que le gaz admis pénètre à différentes profondeurs dans le bain de fusion, comme on l'a représenté, mais uniquement sur un trajet relativement court conformément à l'invention. Les canaux peuvent être de simples perçages; selon l'un des modes de réalisation, les canaux sont constitués de tubes métalliques qui sont insérés de façon fixe dans le revêtement réfractaire. La répartition des agents de traitement à l'intérieur du bain de fusion est encore améliorée par le fait que les arrivées de gaz sont placées en alternance de façon décalée en hauteur. L'exemple de réalisation cidessous montre ce mode de réalisation dans le détail. Dans le cas normal, les canaux sont disposés à l'horizontale; cependant, un agencement des canaux incliné vers l'horizontale est aussi envisageable, lesdits canaux pouvant être orientés de façon à ce que l'admission de gaz s'effectue dans le sens contraire à la direction du flux du bain de fusion. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation, en se référant au dessin schématique sur lequel: La figure 1 est une vue en perspective partiellement ouverte d'une cuve de dégazage Ruhrstahl-Heraeus, La figure 2 est une vue en coupe horizontale de l'embout selon la figure 1 dans la zone du dispositif de lavage au gaz, la figure 3 est une vue de face d'une brique de l'embout selon la figure 2. La figure 1 représente une vue partiellement en perspective d'une cuve de dégazage Ruhrstahl-Heraeus et particulièrement la zone de l'embout binaire (embout d'admission 10, embout d'évacuation 12) qui intéresse l'invention. Dans la partie ouverte de l'embout 10, on reconnaît un revêtement réfractaire 14 composé ici de sept niveaux annulaires 16a, 16f placés les uns au-dessus des autres. Chaque niveau 16a, 16f est composé de briques réfractaires 18. Les briques 18 du niveau 16d forment ensemble un dispositif de lavage au gaz conforme à l'invention qui est représenté en vue de dessus et en détail dans la figure 2. La figure 2 montre que quarante briques 18 forment ensemble le niveau annulaire 16d et que les briques 18 sont regroupées par groupes de quatre en segments annulaires Si à S10. Les briques 18 ou encore les segments S1 à S10 sont cimenté(e)s ensemble par leurs faces latérales correspondantes. Comme le montre la figure 3, chaque brique 18 présente deux canaux 20, 22 placés horizontalement et orientés radialement par rapport à l'axe longitudinal central M de l'embout 10, et décalés latéralement et en hauteur, la distance qui les sépare étant d'environ 5 cm tant entre les canaux 20, 22 d'une brique qu'entre les canaux des briques voisines. Les canaux 20, 22 (avec un diamètre intérieur de 1 mm chacun) partent chacun du côté extérieur 18a vers le côté intérieur 18i de la brique 18. Chaque segment Si à S10 présente sur sa face extérieure une chambre de séparation des gaz 24 contigué qui est raccordée de façon étanche à la face extérieure et qui est en métal. De façon analogue, les canaux 20, 22 partent vers l'extérieur dans l'espace formé par la chambre de séparation des gaz 24. Chaque chambre de séparation des gaz 24 présente une zone de raccordement (qui n'est pas représentée ici) par l'intermédiaire de laquelle la chambre de séparation des gaz 24 est alimentée en agent de traitement, ce dernier peut ensuite être projeté par l'intermédiaire des canaux , 22 dans l'espace intérieur 26 de l'embout; la répartition dense, régulière et décalée en hauteur des canaux 20, 22 sur la périphérie du dispositif de lavage au gaz, ainsi que leur alignement radial garantissent que l'agent de traitement, par exemple l'argon, soit projeté de façon homogène et radiale en direction du métal en fusion qui s'écoule dans l'espace 26. Une sorte de voile gazeux annulaire périphérique est ainsi formé, qui monte le long de la paroi cylindrique interne de l'embout 10. Il serait aussi possible de relier les chambres de séparation des gaz 24 (tangentiellement) entre elles et d'amener une seule conduite d'admission de gaz dans une chambre de séparation des gaz 24. En tout cas, on est sûr que la pression est identique dans tous les canaux 20, 22. Dans le cadre de l'invention, il est possible de concevoir non pas un seul niveau 16a, 16f en tant que dispositif de lavage au gaz mais aussi plusieurs niveaux 16a, 16f qui peuvent se trouver côte à côte ou être séparés les uns des autres. Les briques 18 de l'intégralité de l'embout sont ici faites d'un matériau réfractaire à base de magnésie avec addition de 0,5 % en poids d'aluminium pur, d'une fraction granulométrique de 0,1 à 1,0 mm. Les briques sont donc exemptes de chrome. La solidité de l'embout précédemment décrit est conforme, malgré l'utilisation de matériaux ne contenant pas de chrome, à la solidité de 1l l'état de la technique (avec utilisation de produits contenant du chrome). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REIENDICATIONS 1. Embout (10, 12) pour une cuve de dégazage avec un revêtement réfractaire (14) dans lequel est agencé un dispositif de lavage au gaz avec plusieurs canaux qui, répartis sur la périphérie de l'embout (10,12), traversent le revêtement réfractaire (14) dans une direction radiale par rapport à l'axe longitudinal central M de l'embout (10, 12) et qui peuvent être raccordés à l'extérieur à au moins une conduite d'admission du gaz, caractérisé en ce que le revêtement (14), au moins dans la zone des canaux (20, 22), est composé d'un matériau céramique réfractaire ne contenant pas de chrome et que les canaux(20, 22) destinés à former un voile gazeux pratiquement continu sont placés en rang serré le long de la paroi interne de l'embout. 2. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout le revêtement (14) est fait d'un matériau céramique réfractaire ne contenant pas de chrome. 3. Embout selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est fait d'une qualité de magnésie ne contenant pas de chrome. 4. Embout selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est composé de: - spinelle MgO-A1203, - de magnésie et de spinelle, - de magnésie avec une teneur en MgO de plus de 97% en poids activée par ZrO2 ou par A1203 - ou de magnésie avec une teneur inférieure à 1,0 % en poids en additifs métalliques sous forme de grains entre 0,1 et 2,0 mm, - de magnésie avec des additifs jusqu'à 8,0 % en poids en autres oxydes réfractaires sous forme de grains, compactés ou en morceaux de taille inférieure à 5 mm. 5. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau réfractaire du revêtement (14) est imprégné de brai. 6. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les canaux (20, 22) a) présentent un diamètre compris entre 0,5 et 2 mm, b) sont placés à moins de 10 cm l'un de l'autre, et c) peuvent être injectés avec du gaz, de façon à ce que le gaz, après avoir pénétré dans l'embout (10, 12) suive un trajet ascendant proche de la paroi interne de ce dernier. 7. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec un dispositif de lavage au gaz sous forme d'un bloc monolithique annulaire fait d'un matériau réfractaire dans lequel passent des canaux. 8. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec un dispositif de lavage au gaz en forme de bloc annulaire fait d'un matériau réfractaire qui est formé de plusieurs segments annulaires réfractaires S1 à S10 dans lesquels sont placés des canaux (20, 22). 9. Embout selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque segment annulaire S1 à S10 est composé de plusieurs briques (18) traversées chacune par au moins un canal (20, 22). 10. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la distance entre des canaux voisins est de 2 cm à 7 cm. 11. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les canaux (20, 22) aboutissent à l'extérieur (du côté de l'admission de gaz) par groupes ou tous ensemble dans une chambre commune de répartition des gaz (24). 12. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le diamètre des canaux est inférieur à 1 mm. 13. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les canaux (20, 22) sont placés en symétrie de révolution sur la périphérie du revêtement réfractaire (14). 14. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les canaux (20, 22) sont formés de tubes métalliques qui sont insérés de façon fixe dans le revêtement réfractaire (14). 15. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les canaux sont décalés en hauteur. 16. Embout selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les canaux (20, 22) présentent des coupes transversales différentes.