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Perfectionnements aux lances d'affinage à orifices multiples.
La présente invention due à Messieurs M. VANDBSTRICK et L. BETTONVILLE est relative à des perfectionnements aux lances d'affi- nage à orifices multiples, particulièrement intéressants dans le cas de lances utilisées pour l'affinage d'un bain de fonte avec insuffla- tion dans un convertisseur de grande capacité, d'un gaz oxydant conte- nant des matières scorifiantes en suspension.
Les aciéristes ont de plus en plus tendance à employer des lances d'affinage à orifices multiples à cause des avantages que de telles lances présentent par rapport aux lances à orifice unique.
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Parmi ces avantages, on peut relever que les lances à ori- fices multiples donnent une grande variation de dureté du jet pour @ une faible variation de la hauteur de lance au-dessus du bain métal- lique. De même, à dureté de jet égale, c'est-à-dire à tendance égale à décarburer, les projections métalliques fines diminuent très fort avec l'utilisation de telles lances. En outre, l'utilisation d'une lance de ce type permet d'obtenir, toutes autres conditions étant égales, une moindre teneur en fer des scories.
Les extrémités ou "nez" des lances d'affinage sont soumi- ses à des conditions de service extrêmement sévères du fait de leur ex- position à des températures très élevées et leur longévité dépend en grande partie de leur résistance thermique. Dans le but d'augmenter,¯'> cette résistance thermique on assure le refroidissement des différen- tes parties des lances d'affinage et notamment de leur "nez" en fai- sant circuler entre les parois intérieures et extérieures un fluide réfrigérant, tel que l'eau, dont la vitesse doit être suffisante pour permettre-une évacuation convenable des calories emmagasinées dans les différentes parties de la lance.
Avec des lances d'affinage à orifice unique, on éprouve cependant déjà des difficultés à assurer un refroidissement énergi- que et efficace du "nez" à cause de l'inévitable point de rebrousse- ment du liquide en circulation en bout de lance. Les conditions de circulation du fluide en ce point sont déterminées par la forme du "nez" de lance et surtout par la forme de l'extrémité du séparateur qui divise le circuit de circulation d'eau en un trajet aller et un trajet retour.
Les meilleurs résultats ont été obtenus jusqu'à pré-
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sent en donnant aux dites extrémités du séparateur une section piri- forme, ce qui supprime l'existence au point de rebroussement de zones . mortes de tourbillons et de cavitation hautement préjudiciables à la bonne circulation du fluide réfrigérant et donc au bon refroidissement du métal constituant le "nez" de la lance.
De telles difficultés ne peuvent que s'aggraver dans le cas de lances à orifices multiples dont le "nez" est de géométrie plus compliquée que celle d'une lanceorifice unique. En effet dans ces dernières lances, il faut refroidir énergiquement non seulement les parois extérieures de la lance main également les conduits d'inauf- flation qui aboutissent aux orifices multiples de la lance. Il en ré- sulte que les possibilités d'existence de zonescirculation réfri- gérante défectueuse sont d'autant plus élevées que le nombre des ori- fices est plus grand, ce qui aboutit généralement à une forte limita - tion de la longévité de ces lances.
Pour bien faire comprendre les difficultés à résoudre, comme il a été dit ci-dessus, la figure 1 annexée représente une lance à trois trous. Cette lance est composée de trois tubes concentriques (1), (2) et (3), le tube central servant au passage des gaz d'affinage comme l'indique la flèche (6), le tube (3) constituant l'enveloppe extérieure de la lance tandis que le tube (2) situé entre les tubes (1) et (3) fait office de séparateur pour assurer la circulation du fluide de refroidissement dans le sens des flèches (4) et (5). Les gaz d'affinage généralement chargés de chaux finement pulvérisée en suspension traversent le tube (1) suivant la flèche (6) et sont in- sufflés dans le convertisseur par l'intermédiaire des conduits (7) le plus souvent obliques par rapport à l'axe longitudinal de la
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lance.
Avec de telles lances on obtient assez fréquemment des ennuis de percées des "nez" et les examens des "hez" percés ont montré que ces accidents étaient dus une augmentation locale excessive de la température, c'est-à-dire à un refroidissement non suffisamment effi- cace de cette partie de la lance.
Primitivement, le tube (2) faisant office de séparateur dans le circuit de refroidissement, était composé de deux ou plusieurs pièces soudées bout à bout et on a constaté que cette disposition était défectueuse à cause des variations de dilatation thermique des tubes (1),(2)et (3) avec pour conséquence des modifications importan.. tes de section de passage du fluide réfrigérant, voire même obstruc- . tion totale, notamment à la suite de contacts accidentels entre les tubes (2) et (3), et finalement l'inévitable percement du "nez" de la lance.
Il est à remarquer que tous ces ennuis se produisent dans la région du "nez" de la lance c'est-à-dire aux endroits exposés aux températures les plus élevées, La longévité d'une lance est donc limitée par la longévité du "nez" uniquement, alors que le reste de la dite lance sur la plus grande partie de la longueur totale est encore en bon état et parfaitement réutilisable. Ce fait constitue encore un autre inconvénient de la majeure partie des lances à ori- fices multiples. En outre, il y a lieu de tenir compte que la né- cessité de transporter une lance complète de ce type à l'atelier pour démontage partiel et remplacement du "nez" percé par un autre entraîne des frais d'une certaine importance.
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La présente invention a pour objet un type de lance à orifices multiples permettant de remédier aux inconvénients men- tionnés ci-dessus.
Les repères numériques repris dans les descriptions données ci-dessous sont relatifs aux figures 2,3 et4 annexées,
La figure 2 est une coupe longitudinale d'unelance à trois orifices disposés à 120 l'un de l'autre et raccordés à trois conduits d'insufflation obliques par rapport à l'axe longitu- dinal de la dite lance, Le plan de coupe est un plan diamétral pas- sant par l'axe l'un de ces trois conduits d'insufflation.
La figure 3 est une vue du fond de la cuvette formant l'extrémité du tube qui fait office de séparateur dans le circuit de refroidissement de la lance.
La figure 4 est une coupe suivant le plan AA de la ruvette dont la figure 3 représente le fond.
La lance à orifices multiples, objet de la présente in- vention, au moyen de laquelle on procède à l'insufflation sur ou dans le bain de fonte d'un gaz oxydant contenant éventuellement des matières scorifiantes en suspension, est essentiellement caractéri- sée en ce qu'elle est composée de trois tubes concentriques princi- paux (1), (2) et (3), en ce que les trois tubes (1), (2) et (3),com- portent chacun à leur extrémité une pièce (4), (5) et (6) en forme de cuvette, en ce que les pièces (4) et (6) sont munies d'ouvertures (7) et (8) réunies par des conduits (9) destinés à assurer le passage des gaz d'affinage depuis l'intérieur du tube (1) jusqu'à l'extérieur
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de la lance en direction du bain métallique suivant les flèches (10) et (11), en ce que le fond de la cuvette (5)
située à l'extrémité du tube intermédiaire (2) jouant le rôle de séparateur dans le circuit de refroidissement où la circulation du fluide est représentée par les flèches (12) et (13) présente d'une part des becs (14) destinés à forcer le liquide de refroidissement à passer dans l'espace inté- rieur compris entre les multiples conduits (9) et d'autre part des encoches circulaires (15) destinées à forcer le dit liquide de re- froidissement à circuler tout autour des conduits (9) et à assurer ainsi un refroidissement énergique et efficace du "nez" de la lance.
Suivant l'invention, le tube intermédiaire (2) jouant le rôle de séparateur dans le circuit de refroidissement comporte une pièce tubulaire (16) de liaison entre la partie principale (2) et la cuvette (5), la dite pièce (16) étant d'une part fixée fermement à la cuvette (5) en (17) et d'autre part appuyée fortement sur la partie (2) du tube intermédiaire en (18) grâce au jeu des tolérances d'usinage de telle façon que la dite pièce tubulaire (16) puisse glisser à frottement dur sur le tube principal (2), ce qui permet des dilatations thermiques différentielles dans la tête de lance, le centrage correct du séparateur étant assuré par la présence des pièces intercalaires (19) et (20)
judicieusement disposées à une certaine distance de l'extrémité de la lance pour réduire au mini- mum le moins bon refroidissement local de l'enveloppe extérieure du nez de la lance dû à la présence des dites pièces intercalaires .
(1) et (20).
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Egalement suivant l'invention, la distance séparant le fond des encoches circulaires (15) des parois extérieures des con- duits (9) est avantageusement supérieure à 5 millimètres.
Sur la figure 3, on a représenté en traits mixtes un con- duit d'insufflation (9) pour montrer la position que ce dernier occupe par rapport au fond de l'encoche (15). La cuvette (5) repose en (21) sur les conduits d'insufflation (9) et le fluide de refroidissement passe dans l'espace existant entre les conduits (9) et le fond des encoches (15) ainsi que dans la zone centrale située entre les conduits (9) et les becs (14) dont la cuvette (5) est munie.
Encore suivant l'invention, la fixation des cuvettes (4), (5) et (6) aux tubes principaux (1), (2) et (3) est avantageusement assurée par une soudure.
Suivant une variante avantageuse de l'invention, la fixation des cuvettes (4), (5) et (6) aux tubes principaux (1), (2) et (3) est assurée par une surface filetée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Refinements to multi-port refining lances.
The present invention due to Messrs M. VANDBSTRICK and L. BETTONVILLE relates to improvements to refining lances with multiple orifices, particularly advantageous in the case of lances used for refining a cast iron bath with blowing in. tion in a large-capacity converter of an oxidizing gas containing suspended slag material.
There is a growing tendency among steelmakers to employ multiple orifice refining lances because of the advantages that such lances offer over single orifice lances.
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Among these advantages, it can be noted that the multiple orifice lances give a large variation in jet hardness for a small variation in the height of the lance above the metal bath. Likewise, with equal jet hardness, that is to say with equal tendency to decarburize, the fine metal projections decrease very greatly with the use of such lances. In addition, the use of a lance of this type makes it possible to obtain, all other conditions being equal, a lower iron content of the slag.
The tips or "noses" of refining lances are subjected to extremely severe operating conditions due to their exposure to very high temperatures and their longevity depends largely on their thermal resistance. In order to increase, ¯ '> this thermal resistance, the various parts of the refining lances and in particular their "nose" are cooled by circulating a refrigerant fluid between the internal and external walls, such as than water, the speed of which must be sufficient to allow suitable evacuation of the calories stored in the various parts of the lance.
With single-orifice refining lances, however, there are already difficulties in providing energetic and effective cooling of the "nose" because of the inevitable turning point of the liquid circulating at the end of the lance. The fluid circulation conditions at this point are determined by the shape of the lance "nose" and above all by the shape of the end of the separator which divides the water circulation circuit into an outward and a return path.
The best results have been obtained until pre-
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feels by giving said ends of the separator a piriform section, which eliminates the existence at the cusp of zones. deaths from vortices and cavitation highly prejudicial to the good circulation of the refrigerant fluid and therefore to the good cooling of the metal constituting the "nose" of the lance.
Such difficulties can only worsen in the case of multiple orifice lances whose "nose" is of more complicated geometry than that of a single orifice lance. In fact, in these latter lances, it is necessary to cool energetically not only the outer walls of the lance, but also the inhalation conduits which lead to the multiple orifices of the lance. As a result, the greater the number of openings the greater the number of orifices, which generally results in a severe limitation of the longevity of these lances. .
To make the difficulties to be solved clearly understood, as has been said above, the attached FIG. 1 represents a lance with three holes. This lance is composed of three concentric tubes (1), (2) and (3), the central tube serving for the passage of the refining gases as indicated by the arrow (6), the tube (3) constituting the envelope of the lance while the tube (2) located between the tubes (1) and (3) acts as a separator to ensure the circulation of the cooling fluid in the direction of the arrows (4) and (5). The refining gases generally loaded with finely pulverized lime in suspension pass through the tube (1) according to the arrow (6) and are infused into the converter via the conduits (7) most often oblique with respect to the 'longitudinal axis of the
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spear.
With such nozzles one quite frequently gets trouble with piercing the "noses" and examinations of the pierced "hez" have shown that these accidents were due to an excessive local increase in temperature, that is to say to non-cooling. sufficiently effective of this part of the lance.
Originally, the tube (2) serving as a separator in the cooling circuit, was composed of two or more parts welded end to end and it was found that this arrangement was defective because of variations in thermal expansion of the tubes (1), (2) and (3) with the consequence of significant modifications .. your refrigerant passage section, or even obstructed. total tion, in particular following accidental contacts between the tubes (2) and (3), and finally the inevitable piercing of the "nose" of the lance.
It should be noted that all these troubles occur in the region of the "nose" of the lance, that is to say in the places exposed to the highest temperatures. The longevity of a lance is therefore limited by the longevity of the " nose "only, while the rest of the said lance over most of the total length is still in good condition and perfectly reusable. This fact constitutes yet another drawback of the majority of multiple port lances. In addition, it should be taken into account that the need to transport a complete lance of this type to the workshop for partial dismantling and replacement of the pierced "nose" by another entails costs of a certain importance.
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The present invention relates to a type of lance with multiple orifices making it possible to remedy the drawbacks mentioned above.
The reference numbers given in the descriptions given below relate to figures 2, 3 and 4 attached,
FIG. 2 is a longitudinal section of a spear with three orifices arranged at 120 from each other and connected to three insufflation conduits oblique with respect to the longitudinal axis of said lance, The section plane is a diametral plane passing through the axis one of these three insufflation ducts.
FIG. 3 is a bottom view of the bowl forming the end of the tube which acts as a separator in the cooling circuit of the lance.
Figure 4 is a section along the plane AA of the ruvette of which Figure 3 shows the bottom.
The multiple-orifice lance, object of the present invention, by means of which the blowing on or into the cast iron bath with an oxidizing gas optionally containing slag substances in suspension, is essentially characterized by that it is composed of three main concentric tubes (1), (2) and (3), in that the three tubes (1), (2) and (3) each have at their end a part (4), (5) and (6) in the form of a bowl, in that the parts (4) and (6) are provided with openings (7) and (8) joined by conduits (9) intended to ensure the passage of the refining gases from the inside of the tube (1) to the outside
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lance in the direction of the metal bath following arrows (10) and (11), in that the bottom of the bowl (5)
located at the end of the intermediate tube (2) playing the role of separator in the cooling circuit where the circulation of the fluid is represented by the arrows (12) and (13) presents on the one hand nozzles (14) intended for force the coolant to pass into the interior space between the multiple conduits (9) and, on the other hand, circular notches (15) intended to force the said coolant to circulate all around the conduits ( 9) and thus ensure energetic and efficient cooling of the "nose" of the lance.
According to the invention, the intermediate tube (2) playing the role of separator in the cooling circuit comprises a tubular part (16) for connection between the main part (2) and the bowl (5), the said part (16) being on the one hand firmly fixed to the cup (5) at (17) and on the other hand strongly supported on the part (2) of the intermediate tube at (18) thanks to the play of machining tolerances in such a way that the said tubular part (16) can slide with hard friction on the main tube (2), which allows differential thermal expansions in the lance head, the correct centering of the separator being ensured by the presence of the spacers (19) and ( 20)
judiciously placed at a certain distance from the end of the lance to reduce to a minimum the poor local cooling of the outer casing of the nose of the lance due to the presence of said intermediate pieces.
(1) and (20).
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Also according to the invention, the distance separating the bottom of the circular notches (15) from the outer walls of the ducts (9) is advantageously greater than 5 millimeters.
In FIG. 3, there is shown in phantom lines an insufflation duct (9) to show the position that the latter occupies with respect to the bottom of the notch (15). The bowl (5) rests at (21) on the insufflation ducts (9) and the cooling fluid passes through the space between the ducts (9) and the bottom of the notches (15) as well as in the central zone located between the conduits (9) and the nozzles (14) with which the bowl (5) is provided.
Still according to the invention, the fixing of the cups (4), (5) and (6) to the main tubes (1), (2) and (3) is advantageously provided by a weld.
According to an advantageous variant of the invention, the fixing of the cups (4), (5) and (6) to the main tubes (1), (2) and (3) is provided by a threaded surface.
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