Brevet FR2767840A1 — publié le 19990305

La présente invention concerne un nez de lance d'injection d'oxygène pour four électrique de production d'acier. Dans un four électrique de production d'acier, on utilise souvent une lance d'injection d'oxygène permettant d'injecter de l'oxygène directement dans la masse d'acier liquide. Le nez de cette lance est placé à faible distance du bain d'acier liquide et est orienté de façon à ce que le flux d'oxygène injecté soit sensiblement vertical, afin d'assurer une pénétration optimum de l'oxygène dans la masse d'acier liquide. Ce nez de lance est particulièrement exposé aux agressions du bain d'acier liquide car il est directement agressé par le rayonnement de l'acier liquide ainsi que par les projections de métal fondu. Actuellement, un nez de lance d'injection connu comporte un conduit central d'amenée d'oxygène et un circuit de fluide de refroidissement enveloppant le conduit central. Le conduit central est en cuivre, et présente une extrémité coudée monobloc qui possède une portion proximale définissant une chambre d'amenée d'oxygène et une extrémité distale incluant un logement pour une buse d'injection en cuivre rapportée par vissage. La buse d'injection est une pièce de consommation qui doit être régulièrement changée. C'est la raison pour laquelle cette buse d'injection est montée vissée dans l'extrémité coudée. Cette liaison par vissage de la buse dans l'extrémité coudée du conduit central doit toutefois être parfaitement étanche afin d'éviter toute fuite d'oxygène incontrôlée qui risquerait d'affecter les conditions d'alimentation de la buse et par voie de conséquence les performances de pénétration de l'oxygène dans l'acier liquide. Or, l'utilisation de joints d'étanchéité n'est pas envisageable du fait de la température ambiante. De plus, le filetage de l'extrémité distale du nez de lance s'étend habituellement jusqu'à l'orifice de sortie, de sorte que la liaison vissée peut se gripper par suite de projections de métal venant du bain d'acier liquide. L'invention a pour but de réaliser un nez de lance d'injection d'oxygène ne présentant pas les inconvénients précités. Selon l'invention, la buse possède un corps cylindrique et une queue filetée de plus petit diamètre, avec un épaulement conique entre le corps et la tête, tandis que le logement de la buse d'injection est un alésage étagé comportant successivement, de l'amont vers l'aval par référence à un sens d'écoulement de l'oxygène, une première portion taraudée recevant la queue filetée de la buse d'injection, un épaulement conique contre lequel prend appui l'épaulement de la buse, et une seconde portion de plus grand diamètre que la première portion et recevant le corps cylindrique de la buse. Avec cet agencement de la buse et de son logement, le filetage de la buse et le taraudage correspondant du logement sont situés le plus en retrait possible du bain d'acier liquide, ce qui minimise les effets du rayonnement sur les filets et évite leur exposition aux projections de métal fondu. De plus, les épaulements coniques de la buse et de son logement sont en appui serré selon une surface conique, ce qui assure une étanchéité optimum quelles que soient les variations dimensionnelles de la buse et de son logement sous l'effet des fluctuations thermiques. Avantageusement, le conduit central est réalisé en acier. On améliore ainsi encore l'étanchéité de la liaison de la buse dans son logement. De plus, la rigidité mécanique de l'acier permet d'avoir un filetage de faible longueur pour le vissage de la queue filetée de la buse d'injection. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit de refroidissement possède une paroi extérieure présentant une extrémité qui est coudée en correspondance avec le conduit central. Le circuit de refroidissement épouse ainsi la forme coudée du conduit central pour un refroidissement optimum. Avantageusement alors, la paroi extérieure du circuit de refroidissement est enrobée d'un revêtement électriquement isolant de matériau réfractaire. Ce revêtement isolante de matériau réfractaire, qui peut avantageusement être réalisé en deux demi-coquilles, évite que ne se forme entre la lance et une électrode ou tout autre élément métallique chargé du four un arc électrique qui détériorerait la lance. La forme coudée du nez de lance assure en outre, sans autre moyen de fixation, la retenue du revêtement isolant sur le nez de lance, ce qui n'était pas possible avec la forme hémisphérique de l'extrémité distale des nez de lance connus. Dans un mode de réalisation avantageux, le coude du conduit central et de la paroi extérieure est formé par la juxtaposition de paires de tronçons tubulaires biseautés, raccordés bord à bord par soudure. La fabrication du nez de lance est ainsi particulièrement simple. De plus, le circuit de refroidissement présente une section de passage parfaitement régulière, ce qui est favorable pour le refroidissement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la paroi extérieure possède une extrémité distale pourvue d'une collerette rentrante raccordée à l'extrémité distale du conduit central. La collerette rentrante forme ainsi une paroi d'extrémité fermant le circuit de refroidissement ménagé entre la surface extérieure du conduit central et la surface intérieure de la paroi extérieure. Avantageusement alors, la collerette rentrante de la paroi extérieure recouvre la face terminale de l'extrémité distale du conduit central. La collerette rentrante de la paroi extérieure forme ainsi un écran de protection de la face terminale du conduit central. Dans une variante de réalisation, la buse d'injection possède plusieurs tuyères d'injection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un nez de lance d'injection conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de détail en coupe de la buse d'injection seule - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une variante de réalisation de la buse d'injection, avec plusieurs tuyères. A la figure 1, on a représenté un nez de lance d'injection d'oxygène pour four électrique à bain d'acier liquide conforme à l'invention. Ce nez de lance comporte un conduit central 1 d'amenée d'oxygène. Ce conduit central est réalisé en acier et présente une extrémité coudée monobloc qui possède une portion proximale 2 définissant une chambre d'amenée d'oxygène 3 d'axe 4 et une extrémité distale 5 incluant un logement pour une buse d'injection 6 rapportée par vissage. La buse d'injection 6 est réalisée en cuivre. Elle présente une tuyère centrale 7 d'axe 8 formant avec l'axe 4 un angle obtus d'environ 140 et possède un corps cylindrique 9 et une queue filetée 10 de plus petit diamètre. Un épaulement conique 11 est ménagé entre le corps 9 et la tête 10. La buse d'injection 6 possède en outre une face distale 12 dans laquelle sont ménagés des trous borgnes de manipulation 13 dans lesquels peuvent être introduits les ergots d'un outil spécial de vissage/dévissage à ergots de type connu (non représenté). Le logement ménagé dans l'extrémité distale 5 du conduit central 1 pour la buse d'injection 6 est un alésage étagé d'axe 8 comportant successivement, de l'amont vers l'aval par référence à un sens d'écoulement de l'oxygène, une première portion taraudée 14 recevant la queue filetée 10 de la buse d'injection 6, un épaulement conique 15 contre lequel prend appui l'épaulement 11 de la buse 6, et une seconde portion 16 de plus grand diamètre que la première portion taraudée 14 et recevant le corps cylindrique 9 de la buse 6. Le nez de lance 1 comporte également un circuit de fluide de refroidissement 17 enveloppant le conduit central 1. Ce circuit de refroidissement possède une paroi extérieure tubulaire 18 qui s'étend autour du conduit central 1, à distance de la surface extérieure de celui-ci, pour délimiter avec cette surface une couche périphérique de circulation du liquide de refroidissement. La paroi extérieure 18 est coudée en correspondance avec le conduit central 1 et possède une extrémité distale pourvue d'une collerette rentrante 19 raccordée par soudage à l'extrémité distale du conduit central 1 pour former une paroi de bout fermant la couche de circulation du liquide de refroidissement. Comme cela est visible à la figure 1, la collerette rentrante 19 de la paroi extérieure 18 recouvre la face terminale 5.1 de l'extrémité distale 5 du conduit central 1. La face terminale 5.1 du conduit central 1 est ainsi protégée du rayonnement et des projections du bain d'acier liquide. Une paroi intermédiaire tubulaire de séparation 22 est disposée entre le conduit central 1 et la paroi extérieure 18 pour diviser la couche périphérique de circulation du liquide de refroidissement en deux souscouches, l'une d'amenée l'autre de retour de liquide, l'extrémité distale 22.1 de cette paroi étant légèrement en retrait de la collerette rentrante 19 pour permettre la circulation du fluide de refroidissement entre les deux sous-couches. La paroi extérieure 18 du circuit de refroidissement est de plus enrobée d'un revêtement 20 électriquement isolant en matériau réfractaire. Ce revêtement isolant en matériau réfractaire peut être réalisé en deux demi-coquilles. Sa présence évite que ne se forme entre la lance et une électrode ou tout autre élément métallique chargé du four un arc électrique qui détériorerait la lance. Dans l'exemple illustré, le coude formé par le conduit central 1, les parois extérieure 18 et intermédiaire 11, et le revêtement 20 est réalisé par la juxtaposition de paires de tronçons tubulaires biseautés, raccordés bord à bord par soudure selon un plan de soudure 21 perpendiculaire à l'axe 4 et formant un angle d'environ 50 avec l'axe 8. A la figure 3, on a représenté une variante de réalisation de la buse d'injection. Celle-ci est ici désignée par la référence générale 22 et présente une forme extérieure identique à celle de la buse d'injections précédemment décrite en référence à la figure 2. Intérieurement, la buse 2 possède trois tuyères d'injection 23 d'axes 24 parallèle à l'axe 8 de l'alésage étagé de l'extrémité distale 5 du conduit central 1, au lieu d'une tuyère centrale unique comme cela était le cas dans le mode de réalisation de la figure 2. L'utilisation d'une telle buse d'injection à tuyères multiples pourra être avantageuse dans certaines conditions d'utilisation, en fonction du débit d'oxygène injecté et de la température ambiante. REVENDICATIONS 1. Nez de lance d'injection d'oxygène pour four électrique de production d'acier, comportant un conduit central (1) d'amenée d'oxygène et un circuit de fluide de refroidissement (17) enveloppant le conduit central (1), le conduit central présentant une extrémité coudée monobloc qui possède une portion proximale (2) définissant une chambre d'amenée d'oxygène (3) et une extrémité distale (5) incluant un logement pour une buse d'injection (6) en cuivre rapportée par vissage, caractérisé en ce que la buse (6) possède un corps cylindrique (9) et une queue filetée (10) de plus petit diamètre, avec un épaulement conique (11) entre le corps (9) et la tête (10), et en ce que le logement de la buse d'injection (6) est un alésage étagé comportant successivement, de l'amont vers l'aval par référence à un sens d'écoulement de l'oxygène, une première portion taraudée (14) recevant la queue filetée (10) de la buse d'injection (6), un épaulement conique (15) contre lequel prend appui l'épaulement conique (11) de la buse (6), et une seconde portion (16) de plus grand diamètre que la première portion et recevant le corps cylindrique (9) de la buse (6). 2. Nez de lance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit central (1) est réalisé en acier. 3. Nez de lance selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement (17) possède une paroi extérieure (18) présentant une extrémité qui est coudée en correspondance avec le conduit central (1). 4. Nez de lance selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi extérieure (18) du circuit de refroidissement est enrobée d'un revêtement (20) électriquement isolant de matériau réfractaire. 5. Nez de lance selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le coude du conduit central (1) et de la paroi extérieure (18) est formé par la juxtaposition de paires de tronçons tubulaires biseautés, raccordés bord à bord par soudure. 6. Nez de lance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi extérieure (18) possède une extrémité distale pourvue d'une collerette rentrante (19) raccordée à l'extrémité distale (5) du conduit central. 7. Nez de lance selon la revendication 6, caractérisé en ce que la collerette rentrante (19) de la paroi extérieure (18) recouvre la face terminale (5.1) de l'extrémité distale (5) du conduit central (1). 8. Nez de lance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la buse d'injection (22) possède plusieurs tuyères d'injection.