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L'invention se rapporte à des dispositifs pour introduire dans des fours métallurgiques des substances intervenant dans le traitement de métaux, notamment dans l'affinage et la formation d'alliages, ainsi qu'à un procédé de traitement de métaux dans des fours pourvus de cer dispositifso
Conformément à l'invention, ces dispositifs comportent en outre d'un conduit principal refroidi à l'eau et servant à l'injection de gaz, un conduit auxiliaire'refroidi à l'eau, servant à l'apport de substances pulvérulentes, li- quides ou gazeuses convenant à l'affinage ou à la formation d'alliages.
Suivant un premier mode d'exécution, le conduit auxiliaire est logé dans la chemise d'eau du conduit principal et débouche près de l'embouchure à l'intérieur de ce dernier,de préférence dans la paroi supérieure. Le conduit auxiliaire est avantageusement incliné vers le bas en direction du centre du fond du four contenant le métal en fusion, et l'embouchure du conduit principal est conformée de manière que le jet de substances sortant du conduit auxiliaire ne soit pas contrarié par la lèvre inférieure de l'embouchure, par exemple en prévoyant dans la lèvre inférieure une gorge qui peut être traversée par le jet, ou en plaçant la lèvre inférieure en retrait par rapport à la lèvre supérieure.
Ce dispositif est destiné à remplacer en tout ou en partie les tuyè- res habituelles pour l'insufflation de vent chaud dans les fours métallurgiques existants ou en construction, par exemple, dans les hauts-fourneaux, fours cubilots ou autres. Le conduit principal du dispositif assume la tâche d'une tuyère ordinai- re, dont il possède la forme et la section de passage, et le conduit auxiliai- re, de diamètre sensiblement plus faible.sert à l'introduction dans le four de substances pulvérulentes, liquides ou gazeuses agissant sur le métal en fusion pour modifier sa composition.
Suivant la nature ou le but des substances ainsi introduites dans le four, les conduits auxiliaires sont utilisés de façon perma- nente ou intermittente, et les conduits auxiliaires des différents dispositifs conformes à l'invention montés dans un four peuvent servir pour l'apport simul- tané de différentes substances, les conduits auxiliaires de certains dispositifs étant utilisés pour l'introduction de substances déterminées et d'autres conduits auxiliaires pour celle d'autres substances.
Etant logés dans la chemise d'eau des conduits principaux et débouchant à l'intérieur de ces derniers, les conduits auxiliaires ne sont pas exposés à l'usure mécanique ou thermique, et ils sont à l'abri de l'obstruction par les matières se trouvant dans le four quand,ils ne sont pas utiliséso
La transformation des tuyères à vent existantes, par l'adjonction d'un conduit auxiliaire en dispositif à conduits principal et auxiliaire con- forme à l'invention, ou le remplacement des tuyères à vent existantes par ces dispositifs, se fait aisément et n'occasionne que des frais peu importants par rapport aux avantages qu'ils procurent et aux possibilités nouvelles qu'elles ouvrent
Ces avantages et possibilités nouvelles sont en effet nombreux.
En premier lieu, les conduits auxiliaires permettent de reporter dans le four même dans lequel le métal a été élaboré, des opérations qui, en pratique, se font actuellement dans des cuves spéciales, notamment dans les convertisseurs, parti- culièrement l'affinage et la formation d'alliages.
En ce qui concerne l'affinage, on connaît des procédés assez récents qui consistent en principe à lancer un courant d'oxygène sur le métal en fusion avant ou après sa coulée et à ajouter en même temps des substances telles que de la chaux, liant et transformant en laitier liquide des impuretés du métal en fusion telles que le silicium, le soufre et le phosphoreo En pratique, ces pro- cédés sont exécutés dans les convertisseurs ou dans des fours inclinés spéciaux et les propositions et essais qui ont été faites ou entrepris pour les adapter aux hauts-fourneaux, fours cubilots et autres fours semblables,
n'ont pas trouvé d'exécution techniqueoLe dispositif suivant l'invention à conduit principal et
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conduit auxiliaire rend possible l'affinage au moyen d'oxygène dans le four même où le métal a été élaboré. Tandis que les conduits principaux servent comme d'ha- bitude à l'insufflation du vent chaud, certains des conduits auxiliaires servent à diriger peu de temps avant la coulée de l'oxygène ou de l'air enrichi d'oxygène sur le métal en fusion et d'autres de ces conduits sont utilisés pour l'apport de la chaux ou d'autres substances liant les impuretés dégagées du métal en les sco- rifiant. Le métal affiné de cette manière est alors coulé après l'enlèvement du laitier.
Par ce procédé, il est possible de produire directement, dans le four de réduction du minerai de fer, un acier de bonne qualité.
: Les conduits auxiliaires servent cependant aussi à d'autres tâches, comme par exemple à l'introduction d'eau pour calmer l'allure du four, ou de subs- tances solides tôlier que des minerais ou résidus métalliquespulvérulents pour augmenter le rendement par l'utilisation de l'oxyde de carbone ou des calories en excès, ou d'autres substances pulvérulentes favorisant la recarburation, la déphosphoration, la désoxydation ou la désulfuration en servant à l'élimination d'impuretés métalliques telles que le chrome, le tétane, etc.
Finalement, les conduits auxiliaires conviennent pour l'apport dans les hauts-fourneaux ou les fours cubilots d'éléments d'alliage, tels que du ferro-silicium, du ferro-manga- nèse et autres, notamment de nickel, tungstène et aluminium pour l'obtention de fonte nodulaire ou du siliciure de calcium pour l'obtention du meehanite ou de cuivre et d'autres composants pour l'obtention de fer peu oxydable.
Une autre forme d'exécution du dispositif suivant l'invention prévoit en outre d'un conduit principal servant à lancer un gaz contre le métal en fusion, un conduit auxiliaire débouchant à l'extérieur du conduit principal et pourvu d' ouvertures dirigeant des substances dans l'atmosphère se trouvant au-dessus du métal en fusion.
Le conduit auxiliaire peut entourer concentriquement le conduit principal et se termine alors avantageusement par un bulbe, qui est pourvu d'ou- vertures placées à une certaine distance de l'embouchure du conduit principal, orientées horizontalement et/ou vers le haut, et qui est traversé par le conduit principal dirigé vers le métal en fusion, mais le conduit auxiliaire peut aussi être accolé au conduit principal et se termine en ce cas de préférence par une tubulure horizontale disposée à un niveau supérieur à celui de l'embouchure du conduit principal.
Le conduit principal des dispositifs de ce genre sert à lancer de l'oxygène pur contre le métal en fusion se trouvant dans une cuve verticale ou dans une poche de coulée en vue de l'affinage de ce métal, et le conduit auxi- liaire sert à l'inection d'oxygène impur et d'air enrichi d'oxygène dans l'at- mosphère se trouvant au-dessus du métal dans le but de brûler l'oxyde de carbone et de transformer la fumée brun-rougeâtre qui remplit cette atmosphère en fumée grise, moins gênants après son évacuation par la cheminée.
La combustion de l'oxy- de de carbone fait hausser la température, ce qui permet d'augmenter la quantité de matièresrefroidissantes telles que minerai ou déchets métalliques que l'on peut ajouter au métal en vue de l'augmentation du rendement, conduisant en fin de com- te à un abaissement de la température des gaz sortant par la cheminée.
L'emploi dans des fours métallurgiques des dispositifs décrits ci-des- sus ouvre la possibilité de traiter le métal brut en fusion par un procédé sui- vant lequel le métal-,est d'abord soumis, dans le four même dans lequel il a été élaboré, à un traitement préliminaire au moyen d'oxygène et de substances conve- nant pour l'affinage et, éventuellement aussi à la formation d'alliages, intro- duits dans le four par des dispositifs comportant un conduit principal et un con- duit auxiliaire logé dans la chemise d'eau du conduit principal et débouchant à l'intérieur de ce dernier , et ensuite à l'affinage final dans une poche de coulée reliée à cet effet à une hotte renfermant un dispositif qui comporte un conduit -auxiliaire débouchant à l'extérieur du conduit principal dirigé vers le métal en fusion,
ainsi qu'un tube permettant d'introduire des substances pulvérulentes. Le conduit principal est alimenté d'oxygène pur agissant sur le métal, le conduit auxiliaire d'oxygène impur ou d'air enrichi d'oxygène agissant sur l'atmosphère
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se trouvant au-dessus du métal en fusion) et le tube permettant d'introduire des substances pulvérulentes sert à l'introduction de substances réagissant avec des impuretés dégagées du métal pour former un laitier liquide, et/ou à la forma- tion d'alliages, le métal affiné, et le cas échéant allié obtenu étant coulé après l'enlèvement du laitiero
Une application particulière est le traitement de la fonte brute qui subit un affinage préliminaire dans le four de réduction du minerai,
par exemple dans un haut-fourneau ou dans un four cubilot, pourvu de tuyères à conduit auxiliai- re logé dans la chemise d'eau et débouchant à l'intérieur de celles-ci, et qui est soumise à l'affinage final dans la poche de coulée sous une hotte pourvue d'une lance à oxygène pur possédant un conduit auxiliaire débouchant à l'extérieur de la lance, par lequel de l'oxygène impur ou de 1 air enrichi d'oxygène est introduit dans l'atmosphère située au-dessus du métal, l'apport de substances scorifiantes et, éventuellement, de substances d'alliage se faisant par un tube monté dans la hotte,
l'acier obtenu étant coulé après enlèvement du laitiero
Le dessin annexé représente schématiquement à titre d'exemple plu- sieurs formes d'exécution de l'inventiono
La figure 1 montre la partie antérieure d'une tuyère à vent munie d'un conduit auxiliaire, vue en coupe verticale; les figures 2 et 3 sont des vues analogues de tuyères semblables à embouchure modifiées; la figure 4 est une vue en coupe du bas d'un four vertical ; la figure 5 montre en coupe une lance avec conduit auxiliaire débou- chant à l'extérieur de celle-ci,' et la figure 6 une lance dans laquelle les conduits principal et auxi- liaire sont accolés;
la figure 7 représente un dispositif d'affinage comportant une lance suivant la figure 50
Les figures 1 à 3 montrent la partie antérieure 1 d'une tuyère refroi- die à l'eau amenée par le tube 2 dans la chemise 3. Cette tuyère est de préfé- rence en cuivre ou en acier inoxydable et comporte un conduit principal 4 et un conduit auxiliaire 5 qui est logé dans la chemise d'eau 3 et qui débouché à l'in- térieur du conduit principal 4, au haut de celui-ci et près de l'embouchure. Le conduit auxiliaire est incurvé vers le bas de sorte que les substances qui sont introduites par lui dans le four, soient dirigées vers le centre du fond du four, comme le montre la figure 4.
Afin que le jet de substance venant du conduit auxiliaire ne puisse être contrarié par l'embouchure du conduit principal 4, celle-ci comporte dans la lèvre inférieure 6 une gorge 7 (figo 2); ou la lèvre inférieure est placée en retrait par rapport à la lèvre supérieure 8 (figo 3)o
Le conduit auxiliaire est de faible section, ne dépassant en général pas 15 à 25 millimètres.
Les dispositifs suivant les figures 5 et 6 possèdent un conduit au- xiliaire 9 débouchant à l'extérieur du conduit principal 10, les deux conduits étant refroidis à l'eau circulant dans des chemises 11.Le conduit auxiliaire peut entourer concentriquement le conduit principal et se terminer en un bulbe 12 qui est situé à une certaine distance de l'embouchure du conduit principal 10 et est pourvu d'ouvertures 13 disposées dans un plan horizontal et d'ouvertures 14 se trou- vant dans la partie supérieure du bulbe comme le montre la figure 5, mais.les deux conduits peuvent aussi être accolés et le conduit auxiliaire peut se terminer par une tubulure horizontale 5 (figo 7) qui est située à un niveau supérieur à celui de l'embouchure du conduit principalo Ce dernier est dirigé vers le bas et constitue une lance d'oxygène pur pour l'affinage d'un métal en fusion.
Le tube
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auxiliaire sert à l'introduction d'oxygène impur ou d'air enrichi d'oxygène dans l'atmosphère située au-dessus du métal en fusion.
Un procédé de traitement de métaux est basé sur l'utilisation de dis- positifs à conduit principal et conduit auxiliaire suivant les figures 1 à 4 dans le four de réduction et suivant les figures 5 dans une hotte 16 (figo 7) qui com- porte en outre un tube 17 pour l'introduction de matières pulvérulentes.
La hotte est reliée à une cheminée d'évacuation par des cônes concentriques 18 et elle coiffe une poche de coulée 19 contenant le métal 20 à traiter par de l'oxygène pur lancé sur lui par le conduit principal 10 pendant que l'on ajoute par le tube
17 des substances scorifiantes, et l'on introduit dans l'atmosphère se trouvant au- dessus du métal de 1-'oxygène impur ou de l'air enrichi d'oxygène par le conduit auxiliaire 9. Ce procédé d'affinage en deux stades est remarquable par sa simpli- cité, car il réduit le nombre de transvasements du métal liquide.
Lorsqu'il s'agit plus particulièrement du traitement de la fonte, celle-ci peut, dans le four même dans lequel elle a été élaborée, être affinée entiè- rement, et éventuellement alliée, pour en obtenir de l'acier, si la fonte ne con- tient pas trop d'impuretés, Si, par contre ,elle est de qualité médiocre et con- tient par exemple 4 à 5% de silicium et 2% de phosphore, on se contente d'un af- finage préliminaire dans le four d'élaboration même, ce qui permet d'abaisser la teneur en silicium à environ 1% et celle du phosphore à environ 0,2%, et on lui fait subir ensuite un affinage final, soit dans une poche de coulée comme dé- crit ci-dessus, soit dans un autre four d'affinage tel qu'un convertisseur, four électrique ou four Martin,
Bien entendu,
l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui ont été décrites et représentées à titre d'exemple, et on en sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications.
REVENDICATIONS. la Dispositif pour introduire dans des fours métallurgiques des subs- tances intervenant dans le traitement de métaux en fusion, caractérisé en ce qu' il comporte en outre d'un conduit principal refroidi à l'eau, servant à l'injec- tion de gaz, un conduit auxiliaire refroidi à l'eau, servant à l'apport de subs- tances pulvérulentes, liquides ou gazeuses convenant à l'affinage ou à la formation d'alliages.
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The invention relates to devices for introducing into metallurgical furnaces substances involved in the treatment of metals, in particular in the refining and the formation of alloys, as well as to a method of treating metals in furnaces provided with this device
In accordance with the invention, these devices further comprise a main pipe cooled with water and serving for the injection of gas, an auxiliary pipe 'cooled with water, used for the supply of pulverulent substances, li - quides or gases suitable for refining or for the formation of alloys.
According to a first embodiment, the auxiliary duct is housed in the water jacket of the main duct and opens out near the mouth inside the latter, preferably in the upper wall. The auxiliary duct is advantageously inclined downwards towards the center of the bottom of the furnace containing the molten metal, and the mouth of the main duct is shaped so that the jet of substances leaving the auxiliary duct is not thwarted by the lip. lower part of the mouth, for example by providing a groove in the lower lip which can be crossed by the jet, or by placing the lower lip back from the upper lip.
This device is intended to replace all or part of the usual nozzles for blowing hot wind into existing metallurgical furnaces or under construction, for example, in blast furnaces, cupola furnaces or others. The main duct of the device assumes the task of an ordinary nozzle, of which it has the shape and the passage section, and the auxiliary duct, of appreciably smaller diameter. Is used for the introduction into the furnace of substances powdery, liquid or gaseous acts on the molten metal to modify its composition.
Depending on the nature or the purpose of the substances thus introduced into the furnace, the auxiliary ducts are used permanently or intermittently, and the auxiliary ducts of the various devices according to the invention mounted in a furnace can be used for the simulated supply. - tanned with different substances, the auxiliary ducts of certain devices being used for the introduction of specific substances and other auxiliary ducts for that of other substances.
Being housed in the water jacket of the main conduits and opening inside the latter, the auxiliary conduits are not exposed to mechanical or thermal wear, and they are protected from obstruction by materials. in the oven when not in use o
The transformation of the existing wind nozzles, by adding an auxiliary duct into a device with main and auxiliary ducts in accordance with the invention, or the replacement of the existing wind nozzles by these devices, is done easily and n ' causes only low costs in relation to the advantages they provide and the new possibilities they open up
These new advantages and possibilities are indeed numerous.
In the first place, the auxiliary conduits make it possible to transfer into the furnace itself in which the metal was produced, operations which, in practice, are currently carried out in special tanks, in particular in converters, particularly the refining and the formation of alloys.
As far as refining is concerned, fairly recent processes are known which consist in principle in launching a stream of oxygen on the molten metal before or after its pouring and at the same time adding substances such as lime, binder. and transforming impurities of the molten metal such as silicon, sulfur and phosphorus into liquid slag In practice, these processes are carried out in converters or in special inclined furnaces and the proposals and tests which have been made or undertaken to adapt them to blast furnaces, cupola furnaces and other similar furnaces,
have not found a technical execution The device according to the invention with a main duct and
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auxiliary duct makes refining possible with oxygen in the same furnace where the metal was produced. While the main ducts are used as usual for the blowing of hot wind, some of the auxiliary ducts serve to direct shortly before the flow of oxygen or oxygen-enriched air onto the metal in fusion and others of these conduits are used for the addition of lime or other substances binding the impurities released from the metal by scorifying them. Metal refined in this manner is then cast after removal of the slag.
By this process, it is possible to directly produce good quality steel in the iron ore reduction furnace.
: The auxiliary ducts are however also used for other tasks, such as for example the introduction of water to calm the pace of the furnace, or of solid sheet metal substances such as ores or pulverulent metal residues to increase the output by the '' use of carbon monoxide or excess calories, or other pulverulent substances promoting recarburization, dephosphorization, deoxidation or desulphurization by serving for the removal of metallic impurities such as chromium, tetane, etc.
Finally, the auxiliary ducts are suitable for the supply in blast furnaces or cupola furnaces of alloying elements, such as ferro-silicon, ferro-manganese and others, in particular nickel, tungsten and aluminum for obtaining nodular cast iron or calcium silicide for obtaining meehanite or copper and other components for obtaining low-oxidizable iron.
Another embodiment of the device according to the invention further provides a main duct serving to launch a gas against the molten metal, an auxiliary duct opening out outside the main duct and provided with openings directing substances. in the atmosphere above the molten metal.
The auxiliary duct can surround the main duct concentrically and then advantageously ends in a bulb, which is provided with openings placed at a certain distance from the mouth of the main duct, oriented horizontally and / or upwards, and which is crossed by the main duct directed towards the molten metal, but the auxiliary duct can also be attached to the main duct and in this case preferably ends with a horizontal pipe arranged at a level higher than that of the mouth of the main duct .
The main conduit of such devices serves to launch pure oxygen against the molten metal in a vertical vessel or ladle for refining this metal, and the auxiliary conduit is used. to the injection of impure oxygen and oxygen-enriched air into the atmosphere above the metal for the purpose of burning the carbon monoxide and transforming the reddish-brown smoke which fills this atmosphere in gray smoke, less annoying after its evacuation through the chimney.
The combustion of carbon oxy- rium raises the temperature, which makes it possible to increase the amount of cooling materials such as ore or scrap metal that can be added to the metal in order to increase the yield, resulting in end of count to a lowering of the temperature of the gases leaving the chimney.
The use in metallurgical furnaces of the devices described above opens up the possibility of treating the raw molten metal by a process according to which the metal is first subjected, in the same furnace in which it has has been prepared, to a preliminary treatment with oxygen and substances suitable for refining and, possibly also to the formation of alloys, introduced into the furnace by devices comprising a main duct and a duct. auxiliary pipe housed in the water jacket of the main pipe and opening inside the latter, and then for final refining in a ladle connected for this purpose to a hood enclosing a device which comprises an auxiliary pipe opening to the outside of the main duct directed towards the molten metal,
as well as a tube for introducing powdery substances. The main duct is supplied with pure oxygen acting on the metal, the auxiliary duct with impure oxygen or oxygen enriched air acting on the atmosphere
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above the molten metal) and the tube for introducing powdery substances serves for the introduction of substances which react with impurities released from the metal to form a liquid slag, and / or for the formation of alloys, the refined metal, and where appropriate the alloy obtained, being cast after removal of the slag
A particular application is the treatment of pig iron which undergoes preliminary refining in the ore reduction furnace,
for example in a blast furnace or in a cupola furnace, provided with nozzles with an auxiliary duct housed in the water jacket and opening into the latter, and which is subjected to final refining in the water jacket. ladle under a hood provided with a pure oxygen lance having an auxiliary duct opening outside the lance, through which impure oxygen or oxygen enriched air is introduced into the atmosphere located at - above the metal, the addition of slagging substances and, possibly, alloying substances being made through a tube mounted in the hood,
the steel obtained being cast after removal of the slag
The appended drawing shows schematically by way of example several embodiments of the invention.
FIG. 1 shows the front part of a wind nozzle provided with an auxiliary duct, seen in vertical section; Figures 2 and 3 are similar views of similar nozzles with modified mouths; Figure 4 is a bottom sectional view of a vertical oven; FIG. 5 shows in section a lance with an auxiliary duct opening out therefrom, and FIG. 6 a lance in which the main and auxiliary ducts are joined;
FIG. 7 represents a refining device comprising a lance according to FIG. 50
Figures 1 to 3 show the front part 1 of a water-cooled nozzle supplied by tube 2 into the jacket 3. This nozzle is preferably made of copper or stainless steel and comprises a main duct 4. and an auxiliary duct 5 which is housed in the water jacket 3 and which opens into the interior of the main duct 4, at the top of the latter and near the mouth. The auxiliary duct is curved downwards so that the substances which are introduced by it into the furnace, are directed towards the center of the bottom of the furnace, as shown in figure 4.
So that the jet of substance coming from the auxiliary duct cannot be thwarted by the mouth of the main duct 4, the latter comprises a groove 7 in the lower lip 6 (figo 2); or the lower lip is set back from the upper lip 8 (figo 3) o
The auxiliary duct is of small section, generally not exceeding 15 to 25 millimeters.
The devices according to FIGS. 5 and 6 have an auxiliary duct 9 opening out outside the main duct 10, the two ducts being cooled with water circulating in jackets 11. The auxiliary duct can surround the main duct concentrically and terminate in a bulb 12 which is located at a certain distance from the mouth of the main duct 10 and is provided with openings 13 arranged in a horizontal plane and with openings 14 located in the upper part of the bulb like the shows figure 5, but the two ducts can also be joined and the auxiliary duct can end with a horizontal pipe 5 (figo 7) which is located at a level higher than that of the mouth of the main ducto The latter is directed downwards and constitutes a lance of pure oxygen for refining a molten metal.
The tube
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auxiliary serves to introduce impure oxygen or oxygen enriched air into the atmosphere above the molten metal.
A method of treating metals is based on the use of devices with a main duct and an auxiliary duct according to Figures 1 to 4 in the reduction furnace and according to Figures 5 in a hood 16 (Figo 7) which includes in addition a tube 17 for the introduction of pulverulent materials.
The hood is connected to an exhaust chimney by concentric cones 18 and it covers a ladle 19 containing the metal 20 to be treated with pure oxygen launched onto it through the main duct 10 while being added by the tube
17 slagging substances, and impure oxygen or oxygen-enriched air is introduced into the atmosphere above the metal through auxiliary duct 9. This two-stage refining process is remarkable for its simplicity, because it reduces the number of liquid metal transfers.
When it concerns more particularly the treatment of cast iron, the latter can, in the very furnace in which it was produced, be entirely refined, and possibly alloyed, to obtain steel, if the cast iron does not contain too many impurities. If, on the other hand, it is of poor quality and contains, for example, 4 to 5% silicon and 2% phosphorus, a preliminary refining is sufficient in the production furnace itself, which makes it possible to lower the silicon content to about 1% and that of phosphorus to about 0.2%, and it is then subjected to a final refining, either in a casting ladle as a die - described above, either in another refining furnace such as a converter, electric furnace or Martin furnace,
Of course,
the invention is not limited to the embodiments which have been described and shown by way of example, and one would not depart from its scope by making modifications thereto.
CLAIMS. Device for introducing into metallurgical furnaces substances used in the treatment of molten metals, characterized in that it further comprises a main pipe cooled with water, serving for the injection of gas , a water-cooled auxiliary duct, serving to supply powdery, liquid or gaseous substances suitable for refining or for the formation of alloys.