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L'invention est relative à un procédé et à un dispositif pour injecter des gaz oxydants, sous forme d'un jet, à une vitesse approximative- ment sonique sur la surface d'une masse de fer ou d'acier fondu dans des fours à sole dits "fours Martin", basculants ou fixes, et dans des "mé- langeurs" aussi bien du genre "actif" que du genre "inactif".
Un but particulier de l'invention est de réaliser un dispositif perfectionné dans lequel on peut mélanger, au gaz oxydant débité par celui- ci, de la vapeur d'eau ou d'autres gaz diluants qui sont mélangés à ce gaz oxydant, avant que celui-ci n'atteigne la surface du fer ou de l'acier fondu.
Dans le brevet belge ? 559.417. déposé le 22 juillet 1957 au même nom sous le titre "Perfectionnements à l'élaboration de l'acier", on a décrit un injecteur d'oxygène dont la buse d'injection a une extré- mité coudée, l'injecteur étant introduit à travers la voûte du four sur laquelle il est monté d'une manière réglable.
L'injecteur, décrit dans la demande de brevet sus-indiquée, est constitué de manière telle que de l'oxygène seulement soit débité sur la surface du bain métallique et cette disposition antérieure présente de nombreux avantages indiqués en détail dans cette demande de brevet anté- rieure. En particulier, l'agencement de l'injecteur est tel qu'il permette d'accroître considérablement la durée de service de l'injecteur et qu'on obtienne un refroidissement approprié de celui-ci. De plus, le montage de l'injecteur dans la voûte présente l'avantage que l'introduction de l'in- jecteur ne gêne pas le chargement et la vidange ordinaires du four.
L'usage de gaz oxydants, constitués par de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, donne lieu, dans certaines conditions, à la formation de quantités considérables de fumées brunes qui viennent heurter la sur- face de l'acier ou du fer fondu, plus spécialement quand le bain contient des quantités substantielles de carbone. Les fumées brunes ainsi formées sont très nuisibles et on a constaté que le mélange de vapeur d'eau à l'oxygène réduit fortement les quantités des fumées brunes produites.
L'invention a donc comme autre but de réaliser un injecteur dont l'agencement permet le mélange aisé d'oxygène et de vapeur d'eau ainsi que le réglage du rapport de ces deux fluides afin qu'il convienne à la com- position de la charge.
Selon un aspect de l'invention, celle-ci a pour objet un procédé pour affiner une charge d'acier fondu doux au four Martin, ce procédé con- sistant à injecter un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou d'autres gaz diluants dans la charge, la vapeur ou les autres gaz diluants étant mélangés à l'oxygène avant que celui-ci n'atteigne la surface de la charge.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a pour objet un injecteur destiné à être abaissé à travers la voûte d'un four Martin pour diriger un courant mélangé d'oxygène et de vapeur d'eau ou d'autres gaz diluants sur une charge contenue dans le four, ledit injecteur comprenant un corps de forme allongée, un organe tubulaire établi axialement dans ledit corps pour permettre le passage d'oxygène dans cet organe, l'extré- mité inférieure de celui-ci affleurant l'extrémité dudit corps, un deuxième organe tubulaire logé dans le premier pour permettre le passage de vapeur d'eau ou d'autres gaz diluants dans ce deuxième organe, l'extrémité infé- rieure de celui-ci aboutissant à une distance réduite du premier organe tubulaire de manière telle que,
dans l'extrémité inférieure de celui-ci soit formée une chambre de mélange pour l'oxygène et le ou les gaz dilu- ants.
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Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en coupe longitudinale verticale, un four Martin dans lequel l'injecteur de vapeur/oxygène, établi selon l'invention, occupe sa position abaissée ou activée
La fige 2 montre, en élévation (parties en coupe suivant II-II fig. 4), la constitution interne de cet injecteur.
La figo 3 montre, en vue de côté dans le sens des flèches indi- quées sur la figo 2, ce même injecteur dont certaines parties dont indi- quées en coupe pour montrer d'autres détails de la constitution interne de celui-ci.
La fig. 4 montre, à plus grande échelle et en coupe selon IV-IV fig, 2, l'emplacement des tuyaux de refroidissement autour des tubes centraux pour l'oxygène et la vapeur.
La fig. 5 montre, en perspective le guide établi sur la voûte du fond de l'injecteur.
Sur les dessins et plus particulièrement sur la fig. 1, l'injec- teur de vapeur/oxygène est désigné, dans son ensemble, par 10 et est logé et supporté dans la voûte 11 d'un four Martin 12 de la manière décrite dans la demande de brevet indiquée plus haut. On rappelle, toutefois, que l'injecteur est supporté par un câble 13 passant sur une poulie 14 montée sur la toiture du bâtiment dans lequel est établi le four. Le câble 13 passe horizontalement (d'une manière non montrée) sur une autre poulie et redescend pour venir s'enrouler sur les tambours d'un treuil électrique fixé sur des poutrelles au-dessus du four ou en tout autre endroit conve- nable .
L'injecteur 10 s'étend de haut en bas à travers une ouverture 15 ménagée dans la voûte 11 du four. L'ouverture 15 est adjacente à une extrémité d'un panneau 16 en briques de magnésite ou chrome qui est inséré dans la voûte 11 du four. Les briques en magnésite au chrome sont plus résistantes aux effets du laitier fondu que les briques en silice du four et le panneau 16 est, par conséquent, disposé de manière telle que sa plus grande partie se trouve dans le sens suivant lequel le jet de vapeur et d'oxygène est débité par l'injecteur afin que la voûte du four ne risque pas d'être abimée par les éclaboussures de laitier. Dans l'ou- verture 15 est logé un anneau refroidisseur 17 qui entoure l'injecteur 10.
Par le refroidissement de l'ouverture 15, les gaz du four, qui s'échappent par cette ouverture, sont refroidis et leur effet de désagrégation de la voûte 11 et des bords de l'ouverture est considérablement réduit. L'injec- teur comporte, en outre, un guide 18 qui est placé directement au-dessus de l'ouverture 15 ou une construction en poutrelles désignée par 19.
Le guide 18, comme décrit plus loin en détail en se référant à la fig. 5, sert à aider le câble 13 à supporter l'injecteur en position et à empêcher qu'il tourne à l'intérieur du four quand il occupe sa position de fonction- nement.
On va décrire maintenant l'injecteur 10 en se référant aux fig.
2 à 4.
L'injecteur comporte un corps en acier 20 constitué par un tube en acier doux ayant un diamètre intérieur de 100 mm et un diamètre exté- rieur de 115 mm. Sur l'extrémité inférieure de ce corps est fixée, par un anneau 22, une buse en cuivre 21 ayant les mêmes diamètres intérieur et exéren que le corps 20. L'extrémité inférieure 23 du tube en cuivre 21 est coudée
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en 24 suivant un angle d'environ 25 et comporte un embout 25 par lequel le mélange vapeur/oxygène est soufflée Le côté le plus long de la partie coudée a une longueur d'environ 115 mmo Sur l'extrémité supérieure du corps en acier 20 est fixée une pièce de liaison 26, en forme de U, à laquelle est attaché le câble de descente 13, en acier (figo 1).
A la partie supérieure du corps de l'injecteur 20 est fixé un tuyau coudé 27 pour l'admission d'eau de refroidissement. Cette eau pénètre dans une chambre 28 au-dessus d'une cloison 29 traversée par les extrémités supérieures ouvertes de trois tuyaux 30, en acier doùx, qui s'étendent, en substance, sur toute la longueur de l'injecteur.
Ce groupe de trois tuyaux en acier 30 entoure un ensemble 31 formé par des tubes centraux pour la vapeur et l'oxygène et amène l'eau jusqu'à une distance inférieure à 25 mm d'une plaque de fermeture 32 prévue à l'extrémité inférieure de l'injecteur, L'eau vient heurter la plaque 32 en réalisant efficacement le refroidissement nécessaire de la buse 25 de l'injecteur, l'eau s'écou- lant ensuite vers le haut de l'injecteur dans l'espace 33 formé entre la paroi du corps 20 de l'injecteur et celles de l'ensemble 31 formé par les tubes centraux pour la vapeur et l'oxygène.
Quand l'eau atteint la face inférieure de la cloison 29, elle s'échappe à l'extérieur par le tuyau de sortie 340
Les tuyauxde refroidissement par l'eau 30 ont une section trans- versale ovale, ce qui est obtenu en aplatissant des tuyaux en acier or- dinaires, à section circulaire, afin que la section transversale de ces tuyaux soit suffisamment grande pour amener la quantité d'eau nécessaire à l'embout de la buse 25 de l'injecteur tout en permettant de loger ces tuyaux ainsi que l'ensemble 31 des tubes centraux pour la vapeur et l'oxy- gène, dans un tube extérieur 20 dont le diamètre est le plus petit possible en réduisant ainsi au minimum les pertes de chaleur par le four et les dimensions de l'ouverture 15 ménagée dans la voûte 11.
Des bagues d'écar- tement 35, soudées au tube 20, maintiennent les tuyaux 30 dans des positions convenablement écartées du tube 200
De la vapeur est fournie à l'injecteur par un tube 36 en acier doux et est amenée par celui-ci suivant l'axe de l'injecteur jusque dans une chambre de mélange 37 qui se trouve approximativement à l'entrée du tube en cuivre 21. L'oxygène est founi à .l'injecteur par un tuyau d'ad- mission 38, en acier doux, et pénètre dans une chambre élargie 39, en acier doux, avant de s'écouler vers le bas, suivant l'axe de l'injecteur, dans un espace annulaire 40 formé entre la face interne de son tube d'alimenta- tion 38, en acier doux, et le tube de vapeur 36 qui est logé dans le tube 38.
L'oxygène est également amené, par cet espace annulaire 40, dans la chambre de mélange 37 dans laquelle l'oxygène et la vapeur pénètrent et se mélangent dans un tube 41,en acier doux et de forme conique, fixé sur l'extrémité du tube extérieur 38 par lequel l'oxygène est fourni. Le mé- lange oxygène/vapeur s'écoule ainsi dans l'embout 25, en cuivre, qui est fixé à l'extrémité libre du tube conique 41, en acier, dans le tube en cuivre 23, et par cet embout le mélange est éjecté, à l'extrémité de l' injecteur, sous la forme d'un jet, vers le bain de fer ou d'acier contenu dans le fond 12.
Des pièces d'écartement 42 , en forme de segment et en acier doux, sont soudées au tube intérieur 36, en acier, pour la vapeur, pour maintenir celui-ci à un écartement convenable du tube d'oxygène 36 pour conserver ainsi l'espace annulaire 40 par,lequel s'écoule l'oxygène.
La chambre élargie 39, établie dans le tuyau 38 pour l'admission d'oxygène à la partie supérieure de l'injecteur, est prévue pour qu'il
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n'y ait pas de perte de pression dans l'alimentation en oxygène par suite du fait que celui-ci doit venir frapper, à une vitesse élevée, le tube à vapeur central 36 qui pénètre dans cette chambre en formant un coude au-dessous de l'entrée de l'oxygène. La chambre élargie 39 diminue la vitesse de l'oxygène gazeux quand il passe sur le tube à vapeur coudé, ce qui diminue les pertes de pression qui se prcduiraient sans cela à cause de cet obstacle établi dans le courant d'oxygène.
Une caractéristique essentielle de cet injecteur est que l'oxy- gène s'écoule par l'espace annulaire 40 formé entre le tube à vapeur central 36 et la face interne du tube à oxygène 38. Par conséquent, le tube à oxygène 38 est en contact avec la chemise d'eau, de sorte que l'oxygène, contenu dans l'espace annulaire, agit comme un calorifuge pour le tube à vapeur 36, ce qui diminue les pertes de chaleur qui se produi- raient sans cela depuis la vapeur vers la chemise d'eau en provoquant ainsi la condensation de la vapeur et des pertes de pression.
A proximité de l'extrémité supérieure du corps 20 de l'injecteur sont prévues deux barres de positionnement radiales 43 qui sont en acier de bonne qualité et qui servent à supporter l'injecteur dans le guide 18 et à fixer sa position par rapport à celui-ci de la manière décrite ci- dessous.
Quand l'injecteur occupe sa position abaissée ou active, (comme montré sur la fige 1). il est supporté par le guide 18 représenté sur la fig. 5. Ce guide 18 comporte une base annulaire 44 d'où s'étendent, verti- calement vers le haut, des tubes avant coudés 45 et des tubes arrière cou- dés 46, plus hauts. Il est à noter que les tubes 45 et 46 sont coudés de manière telle que leurs parties inférieures forment des fentes 47 dans lesquelles viennent se loger les barres de positionnement 43 montées sur l'injecteur d'oxygène.
Des supports verticaux 48 renforcent les tubes 45 et 46 et les relient à la base 44. L'ensemble du guide de l'injecteur est constitué en acier.
Le guide 18 est placé sur la voûte du four Martin dans une posi- tion telle que l'axe du jet de vapeur et d'oxygène, débité par l'injecteur, soit parallèle à l'axe longitudinal du four. Comme le bain d'acier est fortement agité par le jet de vapeur et d'oxygène, il est avantageux de diriger le jet suivant l'axe longitudinal du four. Le maintien des barres de positionnement 43 dans les fentes 47 du guide empêche la rotation de l'injecteur d'oxygène pendant le fonctionnement de celui-ci.
Les tubes arrière surélevés 46 servent à rassembler les diffé- rents tuyaux souples aboutissant à l'injecteur et à empêcher qu'ils puissent être endommagés par l'un quelconque des appareillages auxiliaires qui se trouvent à proximité du four. Sur la fig. l, le tuyau d'admission d'eau 27 est relié à une source d'eau de refroidissement par un tuyau flexible 54 et le tuyau de sortie d'eau 34 à un collecteur d'eau par un tuyau flexible 49. La vapeur est amenée par un tuyau flexible 50 et l'oxy- gène par un tuyau flexible 51.
Le guide 18 sert aussi à supporter l'injecteur au-dessus du bain en cas de défaillance du câble de suspension 13.
L'anneau 17 est constitué par un tronçon continu d'un tube en acier, en forme de serpentino L'eau de refroidissement pénètre par l'ad- mission d'eau 52, circule dans le serpentin depuis le bas vers le haut et s'échappe par la sortie 53.
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L'utilisation d'un refroidisseur de voûte en forme de serpentin continu présente l'avantage important qu'il existe une circulation conti- nuelle de l'eau de refroidissement dans tout l'anneau. Il en résulte un débit maximum constant dans le serpentin tout entier. Cette constance du débit maximum a pour effet d'améliorer fortement la durée de service du serpentin hélicoïdal refroidi par l'eau, cette amélioration étant telle qu'elle prolonge cette durée d'environ cinq foiso
Quand on veut faire fonctionner l'injecteur, il est avantageux, avant de le faire descendre, de l'alimenter d'abord avec de la vapeur pour purger cet injecteur de toutes les petites accumulations d'eau qui pour- raient rester dans les tubes ou tuyaux à la suite d'un usage précédent.
On interrompt alors l'arrivée de la vapeur et on fait descendre l'injec- teur jusqu'à sa position de fonctionnement dans laquelle il se trouve de 100 à 130 mm au-dessus du niveau du bain et on fait passer d'abord l'oxy- gène afin d'être certain que le premier impact du jet sur la surface du bain liquide ne presque pas une solidification du métal ou du laitier à proximité de l'ouverture, ce qui pourrait donner lieu à un bouchage par- tielo Après un débit d'oxygène pendant quelques secondes, il est très avan- tageux d'ouvrir la vanne de vapeur et de faire le mélange du jet.
Le dégagement de l'injecteur hors du four se fait dans l'ordre inverse, c'est- à-dire en interrompant d'abord le débit de la vapeur et ensuite celui de l'oxygène, après quoi on fait remonter l'injecteur par l'ouverture de la voûte jusqu'à ce que son intervention suivante soit nécessaireo
La qualité de la vapeur, utilisée pour un traitement de ce genre, est importante et il est avantageux que cette vapeur soit surchauffée aussi fortement que possible.
On réduit ainsi au minimum toute condensation de la vapeur qui pourrait se produire pendant son passage dans l'injecteuro Jusqu'ici,la vapeur a été fournie à une température de 288 et à une pres- sion pouvant atteindre 14 kg/cm2o
Pour le fonctionnement d'un four Martin de 200 tonnes, le débit en oxygène peut typiquement être de l'ordre de 850 à 1.020 m3/heure et le débit en vapeur de l'ordre de 850 à 1.130 m3/heureo Le volume de la vapeur est environ 50% de celui du jettotalo Le débit total de 10700 à 20150 m3/ heure de vapeur plus l'oxygène est supérieur à celui adopté pour un jet formé uniquement par de l'oxygène pour obtenir une oxydation équivalente.
Ceci, joint au fait que la fraction de vapeur ne réagit pas avec le bain pour former des produits d'oxydation non gazeux comme le fait l'oxygène, permet d'obtenir que la turbulence et les troubles produits dans la zone de réaction soient plus grands qu'avec de l'oxygène utilisé seulo
Il est possible, à cause de cette turbulence plus grande, d'ob- tenir des degrés de décarburation plus élevés avec le jet vapeur/oxygène comparativement à ceux obtenus avec l'équivalent en oxygène pur
La vapeur subit une dissociation au contact du fer ou de l'acier fondu en se décomposant en hydrogène et en oxygène, ce dernier contribu- ant au degré total d'oxydation qui se produit dans la zone de réaction.
On estime que la moitié environ du volume de vapeur est dissociée pour fournir de l'oxygène libre qui participe à la réaction. Ceci permet, évidemment, de faire une économie considérable en ce qui concerne le volume d'oxygène nécessaire et, par conséquent, de réduire les dépenses.
L'avantage principal, résultant de l'usage d'un jet mixte vapeur/ oxygène comparativement à l'utilisation d'oxygène pur, est que les fumées brunes sortant de la cheminée du four sont fortement diminuées en densitéo On croit que ceci résulte, en partie, du fait qu'une quantitié plus petite
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d'oxygène pur est utilisée pour obtenir une réaction oxydante équivalente auquel s'ajoute que la présence de la vapeur dans la zone de réaction produit un effet refroidisseur, ce qui réduit la volatilisation du fer.
Le jet mixte oxygène/vapeur est moins exothermique que l'oxygène pur et ce facteur peut être modifié en faisant varier la préparation de la vapeur par rapport à l'oxygène. Il en résulte alors qu'au cours du trai- tement d'affinage pour l'élaboration de l'acier l'usage d'oxygène seul tend parfois à produire une élévation de température trop rapide, même si le four n'est pas chauffé par un combustible, que le jet oxygène/vapeur pro- cure un accroissement plus stable et plus aisément réglable de la tempéra- ture, de sorte que la température voulue pour la coulée peut être obtenue avec plus de précision.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé pour affiner une charge d'acier fondu dans un four Martin, ce procédé consistant à injecter un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou d'autres gaz diluants dans la charge,la vapeur ou les autres gaz diluants étant mélangés à l'oxygène avant que celui-ci n'atteigne la surface de la charge.
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The invention relates to a method and to a device for injecting oxidizing gases, in the form of a jet, at approximately sonic speed on the surface of a mass of molten iron or steel in furnaces. so-called "Martin ovens", tilting or fixed, and in "mixers" both of the "active" type and of the "inactive" type.
A particular object of the invention is to provide an improved device in which it is possible to mix, with the oxidizing gas delivered by the latter, water vapor or other diluting gases which are mixed with this oxidizing gas, before this does not reach the surface of the molten iron or steel.
In the Belgian patent? 559,417. filed on July 22, 1957 under the same name under the title "Improvements in the production of steel", an oxygen injector has been described, the injection nozzle of which has a bent end, the injector being introduced at through the vault of the oven on which it is mounted in an adjustable manner.
The injector, described in the aforementioned patent application, is made in such a way that only oxygen is delivered to the surface of the metal bath and this prior arrangement has many advantages indicated in detail in this prior patent application. - higher. In particular, the arrangement of the injector is such that it makes it possible to considerably increase the service life of the injector and that an appropriate cooling of the latter is obtained. In addition, mounting the injector in the roof has the advantage that the introduction of the injector does not interfere with the ordinary loading and emptying of the oven.
The use of oxidizing gases, consisting of oxygen or oxygen-enriched air, gives rise, under certain conditions, to the formation of considerable quantities of brown fumes which strike the surface of the steel or molten iron, especially when the bath contains substantial amounts of carbon. The brown fumes thus formed are very harmful and it has been found that the mixing of water vapor with oxygen greatly reduces the amounts of the brown fumes produced.
Another object of the invention is therefore to provide an injector the arrangement of which allows easy mixing of oxygen and water vapor as well as the adjustment of the ratio of these two fluids so that it suits the composition of load.
According to one aspect of the invention, the subject of the invention is a process for refining a load of mild molten steel in the Martin furnace, this process consisting in injecting a mixture of oxygen and water vapor or other diluent gases in the charge, the vapor or other diluent gases being mixed with oxygen before the latter reaches the surface of the charge.
According to another aspect of the invention, the object of the invention is an injector intended to be lowered through the roof of a Martin furnace in order to direct a mixed stream of oxygen and water vapor or other diluting gases. on a load contained in the furnace, said injector comprising a body of elongated shape, a tubular member established axially in said body to allow the passage of oxygen in this member, the lower end of the latter flush with the end of said body, a second tubular member housed in the first to allow the passage of water vapor or other diluting gases in this second member, the lower end thereof leading to a reduced distance from the first tubular member in such a way that,
in the lower end thereof is formed a mixing chamber for the oxygen and the diluent gas (s).
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The accompanying drawings show, by way of example, one embodiment of the invention.
Fig. 1 shows, in vertical longitudinal section, a Martin oven in which the steam / oxygen injector, established according to the invention, occupies its lowered or activated position
Fig. 2 shows, in elevation (parts in section according to II-II Fig. 4), the internal constitution of this injector.
Figo 3 shows, in side view in the direction of the arrows indicated in figo 2, this same injector, certain parts of which are shown in section to show other details of the internal constitution of the latter.
Fig. 4 shows, on a larger scale and in section according to IV-IV fig, 2, the location of the cooling pipes around the central tubes for oxygen and steam.
Fig. 5 shows, in perspective, the guide established on the vault of the bottom of the injector.
In the drawings and more particularly in FIG. 1, the steam / oxygen injector is designated, as a whole, 10 and is housed and supported in the roof 11 of a Martin furnace 12 as described in the patent application indicated above. It is recalled, however, that the injector is supported by a cable 13 passing over a pulley 14 mounted on the roof of the building in which the furnace is established. The cable 13 passes horizontally (in a manner not shown) over another pulley and comes down again to wind up on the drums of an electric winch fixed on joists above the furnace or in any other suitable place.
The injector 10 extends from top to bottom through an opening 15 made in the vault 11 of the furnace. The opening 15 is adjacent to one end of a panel 16 of magnesite or chrome bricks which is inserted into the vault 11 of the furnace. The chromium magnesite bricks are more resistant to the effects of molten slag than the silica kiln bricks, and the panel 16 is, therefore, arranged such that its greater part is in the direction in which the steam jet and oxygen is delivered by the injector so that the roof of the oven does not risk being damaged by splashing slag. In the opening 15 is housed a cooling ring 17 which surrounds the injector 10.
By cooling the opening 15, the gases from the furnace, which escape through this opening, are cooled and their effect of disintegrating the arch 11 and the edges of the opening is considerably reduced. The injector further comprises a guide 18 which is placed directly above the opening 15 or a joist construction designated 19.
The guide 18, as described later in detail with reference to FIG. 5, serves to help the cable 13 to support the injector in position and to prevent it from rotating inside the oven when it is in its operating position.
The injector 10 will now be described with reference to FIGS.
2 to 4.
The injector has a steel body 20 consisting of a mild steel tube having an inner diameter of 100 mm and an outer diameter of 115 mm. On the lower end of this body is fixed, by a ring 22, a copper nozzle 21 having the same internal and exeren diameters as the body 20. The lower end 23 of the copper tube 21 is bent.
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by 24 at an angle of about 25 and has a nozzle 25 through which the vapor / oxygen mixture is blown The longer side of the bent part has a length of about 115 mmo On the upper end of the steel body 20 is fixed a connecting piece 26, U-shaped, to which is attached the descent cable 13, steel (figo 1).
To the upper part of the injector body 20 is fixed an elbow pipe 27 for the intake of cooling water. This water enters a chamber 28 above a partition 29 through which the open upper ends of three pipes 30, made of steel, extend substantially the entire length of the injector.
This group of three steel pipes 30 surrounds an assembly 31 formed by central tubes for steam and oxygen and brings water to a distance of less than 25 mm from a closing plate 32 provided at the end. lower part of the injector, the water strikes the plate 32 effectively providing the necessary cooling of the nozzle 25 of the injector, the water then flowing up the injector into the space 33 formed between the wall of the body 20 of the injector and those of the assembly 31 formed by the central tubes for the steam and the oxygen.
When the water reaches the underside of the partition 29, it escapes to the outside through the outlet pipe 340
The water cooling pipes 30 have an oval cross section, which is achieved by flattening ordinary steel pipes, with a circular section, so that the cross section of these pipes is large enough to bring the amount of water. 'water necessary for the nozzle of the nozzle 25 of the injector while making it possible to accommodate these pipes as well as the assembly 31 of the central tubes for the steam and the oxygen, in an outer tube 20 whose diameter is as small as possible, thus reducing to a minimum the heat loss through the oven and the dimensions of the opening 15 made in the vault 11.
Spacer rings 35, welded to the tube 20, hold the tubes 30 in positions suitably spaced from the tube 200.
Steam is supplied to the injector through a mild steel tube 36 and is fed by the latter along the axis of the injector to a mixing chamber 37 which is located approximately at the inlet of the copper tube. 21. Oxygen is supplied to the injector through an inlet pipe 38, made of mild steel, and enters an enlarged chamber 39, made of mild steel, before flowing downwards, following the path. axis of the injector, in an annular space 40 formed between the internal face of its supply tube 38, made of mild steel, and the vapor tube 36 which is housed in the tube 38.
Oxygen is also brought, through this annular space 40, into the mixing chamber 37 in which the oxygen and the vapor enter and mix in a tube 41, made of mild steel and of conical shape, fixed on the end of the outer tube 38 through which oxygen is supplied. The oxygen / vapor mixture thus flows into the nozzle 25, made of copper, which is fixed to the free end of the conical tube 41, made of steel, into the copper tube 23, and through this nozzle the mixture is ejected, at the end of the injector, in the form of a jet, towards the bath of iron or steel contained in the bottom 12.
Spacers 42, in the form of a segment and of mild steel, are welded to the inner tube 36, made of steel, for the steam, to maintain the latter at a suitable distance from the oxygen tube 36 to thereby maintain the vapor. annular space 40 through which the oxygen flows.
The enlarged chamber 39, established in the pipe 38 for the admission of oxygen to the upper part of the injector, is provided so that it
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there is no loss of pressure in the oxygen supply as a result of the fact that the latter must strike, at a high speed, the central steam tube 36 which enters this chamber forming an elbow below the entry of oxygen. The enlarged chamber 39 decreases the velocity of the gaseous oxygen as it passes over the elbow vapor tube, which decreases the pressure losses which would otherwise occur due to this established obstacle in the oxygen flow.
An essential feature of this injector is that the oxygen flows through the annular space 40 formed between the central vapor tube 36 and the inner face of the oxygen tube 38. Therefore, the oxygen tube 38 is in place. contact with the water jacket, so that the oxygen, contained in the annular space, acts as a heat insulator for the steam tube 36, which decreases the heat losses which would otherwise occur from the steam towards the water jacket, causing vapor condensation and pressure losses.
Near the upper end of the body 20 of the injector are provided two radial positioning bars 43 which are of good quality steel and which serve to support the injector in the guide 18 and to fix its position relative to that here as described below.
When the injector is in its lowered or active position, (as shown in fig 1). it is supported by the guide 18 shown in FIG. 5. This guide 18 comprises an annular base 44 from which extend, vertically upwards, elbow front tubes 45 and elbow rear tubes 46, higher. It should be noted that the tubes 45 and 46 are bent so that their lower parts form slots 47 in which the positioning bars 43 mounted on the oxygen injector are housed.
Vertical supports 48 reinforce the tubes 45 and 46 and connect them to the base 44. The entire guide of the injector is made of steel.
The guide 18 is placed on the roof of the Martin oven in a position such that the axis of the jet of steam and oxygen, delivered by the injector, is parallel to the longitudinal axis of the oven. As the steel bath is strongly agitated by the jet of steam and oxygen, it is advantageous to direct the jet along the longitudinal axis of the furnace. Maintaining the positioning bars 43 in the slots 47 of the guide prevents rotation of the oxygen injector during operation of the latter.
The raised rear tubes 46 serve to bring together the various flexible hoses leading to the injector and to prevent them from being damaged by any of the auxiliary equipment which is in the vicinity of the furnace. In fig. 1, the water inlet pipe 27 is connected to a cooling water source by a flexible pipe 54 and the water outlet pipe 34 to a water collector by a flexible pipe 49. The steam is connected. supplied by a flexible pipe 50 and the oxygen by a flexible pipe 51.
The guide 18 also serves to support the injector above the bath in the event of failure of the suspension cable 13.
The ring 17 is formed by a continuous section of a steel tube, in the form of a serpentino. The cooling water enters through the water inlet 52, circulates in the coil from the bottom upwards and s 'escapes through exit 53.
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The use of a continuous coil-shaped vault cooler has the important advantage that there is continuous circulation of cooling water throughout the ring. This results in a constant maximum flow rate throughout the entire coil. This constancy of the maximum flow has the effect of greatly improving the service life of the water-cooled helical coil, this improvement being such that it extends this duration by about five times.
When you want to operate the injector, it is advantageous, before lowering it, to feed it first with steam to purge this injector of all the small accumulations of water which could remain in the tubes. or hoses from previous use.
The steam supply is then interrupted and the injector is lowered to its operating position in which it is 100 to 130 mm above the level of the bath, and the injector is first passed through. 'oxygen in order to be certain that the first impact of the jet on the surface of the liquid bath hardly solidifies the metal or the slag near the opening, which could give rise to a partial blockage. flow of oxygen for a few seconds, it is very advantageous to open the steam valve and mix the jet.
The release of the injector from the furnace is done in the reverse order, that is to say by first interrupting the flow of steam and then that of oxygen, after which the injector is raised. by opening the vault until its next intervention is necessary.
The quality of the steam used for such treatment is important and it is advantageous that this steam is superheated as strongly as possible.
This minimizes any condensation of the steam which might occur during its passage through the injector. So far, the steam has been supplied at a temperature of 288 and at a pressure of up to 14 kg / cm2.
For the operation of a 200 ton Martin furnace, the oxygen flow rate can typically be of the order of 850 to 1,020 m3 / hour and the steam flow of the order of 850 to 1,130 m3 / hour o The volume of the steam is about 50% of that of the jettotalo The total flow rate of 10700 to 20150 m3 / hour of steam plus oxygen is higher than that adopted for a jet formed only by oxygen to obtain an equivalent oxidation.
This, together with the fact that the vapor fraction does not react with the bath to form non-gaseous oxidation products like oxygen does, results in the turbulence and turbulence produced in the reaction zone being greater. larger than with oxygen used alone
It is possible, because of this greater turbulence, to obtain higher degrees of decarburization with the steam / oxygen jet compared to those obtained with the pure oxygen equivalent.
The vapor dissociates on contact with molten iron or steel, decomposing into hydrogen and oxygen, the latter contributing to the total degree of oxidation that occurs in the reaction zone.
It is estimated that about half the volume of vapor is dissociated to provide free oxygen which participates in the reaction. This obviously makes it possible to make a considerable saving as regards the volume of oxygen required and, consequently, to reduce the expenses.
The main advantage, resulting from the use of a mixed steam / oxygen jet compared to the use of pure oxygen, is that the brown fumes coming out of the furnace chimney are strongly reduced in density o This is believed to result, in part, because a smaller amount
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of pure oxygen is used to obtain an equivalent oxidative reaction plus the presence of steam in the reaction zone produces a cooling effect, which reduces the volatilization of the iron.
The mixed oxygen / vapor jet is less exothermic than pure oxygen and this factor can be altered by varying the preparation of the vapor relative to oxygen. It follows then that during the refining treatment for the production of steel the use of oxygen alone sometimes tends to produce a too rapid rise in temperature, even if the furnace is not heated. by a fuel, that the oxygen / vapor jet produces a more stable and more easily adjustable rise in temperature, so that the desired temperature for the casting can be obtained with more precision.
CLAIMS.
1. A process for refining a charge of molten steel in a Martin furnace, which process comprises injecting a mixture of oxygen and water vapor or other diluent gases into the charge, steam or other diluent gases being mixed with oxygen before it reaches the surface of the load.