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Tète de lance d'affinage à jets multiples,
Au cours des processus raffinage à l'oxygène desti- nés à transformer la fonte brute en acier, on souffle sur le bain de métal de l'oxygène techniquement pur, ou un mélange d'oxygène et de chaux pulvérulente, au moyen de lances refroidies à l'eau,
Pour provoquer les réactions métallurgiques ainsi que pour maintenir un déroulement optimal de celles-ci au cours de' l'affinage de fonte brute pauvre en phosphore, appelée fonte d'aciérie:, ou l'affinage'do fonte riche en phosphore,ou fonte Thomas, la'distance séparant la lance du bain pour un débit
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d'oxygène donné doit être maintenue à une valeur étermin60 sui , vant l'évolution du processus.
Il faut également conserver à l'oxygène, ou au mélange d'oxygène et de chaux pulvérulente , entrant en contact avec le bain une impulsion moyenne déterminée.
Celle-ci peut être contrôlée au moyen d'un réglage du débit et/ou de la distance séparant la tuyère du métal, de tello manière qu'une, augmentation du débit ou une diminution de la distance de la tuyè- re augmente cette impulsion au point d'impact* Cette distance ne peut pas devenir trop importante,pour éviter que l'impulsion du jet d'oxygène,ou d'oxygène et de chaux pulvérulente.venant frapper le bain de métal ne soit atténuée à un point tel qu'elle ne puisse plus provoquer les réactions nécessaires entre le gaz et , le métal. Lorsque cette distance devient trop importante, l'ap- parition de scories sur le fer s'accroît, ce qui rend plus dif- ficile l'évolution du processus.
Lorsqu'on utilise des variétés de fonte riches en phosphore, en particulier, la quantité de scories nécessairement plus importante que dans le cas de la fonte' d'acier provoque une atténuation supplémentaire de 1$impulsion,
D'autre part, une distance trop faible entre la lance et le bain, et par conséquent une impulsion trop importante, provoque une dispersion néfaste du métal en gerbes, ce qui peut produire la formation de bavures gênantes sur la lance et la Che minée. En outre, une distance trop faible entre la lance et le bain produit des conditions qui ralentissent for.tement là déphos- phoration.
Ces conditions qui sont néfastes à la déphosphoration doivent être évitées dans une grande mesure, en particulier lors de l'affinage de variétés de fonte riches en phosphore, étant donné qu'au cours du cycle d'affinage complet une déphosphoration contrôlée doit se produire en plus de la décarburation. Dans .ces conditions, la déphosphoration suppose la présence d'une scorie liquide basique contenant de l'oxyde de fer.
Ces conditions théoriques ne peuvent pas être atteintes
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dans la pratique de manière optimale à l'aide des modèles de lances disponibles. On connaissait jusqu'à présent pour l'application de ce procédé des lances à un orifice, à plusieurs orifices ainsi que des lances dites à double jet.
Les lances à un orifice disponibles l'origine pour l'affinage ne se sont révélées pratiques'à l'usage que dans de . petits convertisseurs. Dans les convertisseurs importants, il fallait choisir une distance tellement importante entre la lance et le bain, étant donné que l'impulsion lors de l'impact s'accroît fortement avec le débit d'oxygène, qu'il n'était plus possible de contrôler le processus de manière satisfaisante. Par.
consé- quent, l'avantage important présenté par les lances à un orifice dans le cas des petits convertisseurs, parce que celles-ciinfluent dans le sens voulu sur les réactions se produisant dans le bain et provoquent la déphosphoration ainsi que la décarburation sous l'effet de l'impulsion du jet de gaz, n'a pas pu être utilisé lors du passage à des convertisseurs plus importants,
Dans les convertisseurs plus importants, les lances à plusieurs orifices se sont avérées plus favorables à l'affinage.
Ces lances permettent de mieux contrôler l'évolution du processus.
Néanmoins, étant donné que ces lances produisent une impulsion plus faible au moment de l'impact , elles ne permettent pas de rester maître de l'évolution de la réaction aussi bien oue les lances à un orifice.
Dans le cas tant des lances comportant des tuyères à orifice unique que des lances de conception courante comportant des tuyères à plusieurs orifices,les caractéristiques de la ré- partition de l'impulsion sur la surface traitée sont déterminées ,'1 par la'forme et la disposition des tuyères et ne peuvent pas @ être modifiées.
On a essayé d'éviter en outre que des débits d'oxygène plus importants ne provoquent des impulsions trop élevées,en utili-
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sant les lances a double jet connues jusqu'à présent. Dans ce case on réunit deux jets d'oxygène tout d'abord indénendants- dans l'embouchure de la tuyère, de manière que comme dans le ces des tuyères à un orifice, l'Impulsion importante du jet compact soit atténuée sous l'effet des turbulences provoquées par le jet d'oxygène secondaire. De tels dispositifs sont connus sous le nom de lances à vis et lances à turbulence.
Ces disposi- tifs permettentde contrôler dans une certaine mesure les caracté- ristiques de la répartition de l'impulision sur la surface traitée,
Néanmoins, un maximum d'impulsion est toujours présent au milieu de la surface traitée, 1'impulsion étant plus ou moins atténuée au bord de celle-ci. En outre, il est apparu qu'une telle con- struction ne permet d'utiliser les lances à double jet que pour des convertisseurs allant jusqu'à une certaine taille, c'est-à-dire jusqu'à une certaine surface de bain trai- tée. Cette limitation des conditions d'utilisation de ces dis- positifs connus résulte du fait que le jet de gaz présente mê- me à la sortie de la lance,les caractéristiques du jet de-gaz d'une lance à un orifice.
Ces inconvénients,qui se présentent tant au point de vue de la métallurgie que de la conception,sont évités au moyen du modèle .. de tête de lance suivant l'invention. Suivant cel- le-ci, les orifices d'évacuation des tuyères des jets d'oxygène primaires et secondaires sont séparés l'un de l'autre, et leurs axes ne se recoupent qu'à une distance de 10 x D, D étant le dia- mètre du jet d'oxygène primaire distinct le plus étroit.
Cette conception nouvelle présente l'avantage de per- mettre un contrôle optimum au point de vue de la métallurgie, du bain de métal à affiner. En particulier, il est possible de soumettre des régions diverses de la surface du bain à des courants d'oxygène différents mais déterminés. On pout par exemplo exécuter l'affinage sous une impulsion peu importante au
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centre du bain et sous une impulsion plus importante dans les autres parties du bain, de manière que,pour la distance choisie entre la lance et la surface, les réactions voulues entre le . gaz et le métal puissent être provoquées et maintenues.
De cet- te manière il est également possible, par exemple, de favoriser la formation de scories et la déphosphoration à mesure que l'on s'éloigne du centre du bain.
Dans une forme d'exécution appropriée de l'invention, les axes du ou des jets primaires d'oxygène et des jets secon- daires d'oxygène ne se recoupent pas.
On obtient de cette manière un avantage supplémentaire, étant donné que les jets d'oxygène sortant de la tête n'ont pra- tiquement pas d'influence l'un sur l'autre. On évite de cette . façon la formation de tourbillons dans les jets.
En outre, il est avantageux que les conduites d'alimen- tation en oxygène secondaire soient.prévues pour un débit d'oxy- gène plus important que la ou les conduites d'alimentation en oxygène primaire.
On évite de cette manière l'apparition de teneurs en oxyde de fer trop importantes au bord de la surface du bain, '
On améliore ainsi dans une grande mesure la protection du revê- @ tement du convertisseur et la conservation du convertisseur dans son ensemble.
En outre, la nouvelle lance se prête à l'utilisation la plus 'souple lorsque les différentes conduites d'alimentation en oxygène peuvent être réglées indépendamment les unes des au- tres.
Le,dessin représente à titre d'exemple un$-forme d'exé- cution de l'invention.
Les Fig. 1, 2 et 3 représentent de face et en -coupe longitudinale différentes formes d'exécution de la nouvelle tête de lance; les Fig. 4 et 5 sont deux autres vues de face.
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Sur la Fig. 1, une tuyère centrale'1 pour l'oxygène primaire a un diamètre D, et est entourée de quatre tuyè-. res 2 pour l'oxygène secondaire,de diamètre moins important et disposées en cercle. Les axes 2' des tuyères 2 recoupent !axe 1' de la tuyère 1. Leur point d'intersection 3 est situé à une distance supérieure à 10 x D de la surface d'évacuation 4 de toutes les tuyères constituée par la face antérieure de la tête de lance.
A la Fig. 2, les axes 2' et 1' de toutes les tuyères sont parallèles entre eux. Contrairement à ce qui est le cas dans la première forme d'exécution, la tuyère 2 produisant le jet d'oxygène secondaire est disposée au centre, et les tuyères 1 pour l'oxygène primaire sont disposées en cercle autour d'elle .
La Fig. 3 représente une troisième forme d'exécution de l'invention. Dans ce cas, les axes 2' des tuyères destinées à l'oxygène secondaire,qui sont ici aussi disposés en cercle, s'écartent de l'axe 1' de la tuyère centrale 1 produisant le jet d'oxygène primaire,
A la Fig. 4, plusieurs tuyères 1 destinées à l'oxygène - primaire sont disposées à égale distance sur un cercle.
Ces tuyères sont entourées de plusieurs tuyères 2 destinées à l'oxygène secondaire,disposées à égale distance l'une de l'autre sur un cercle concentrique au premier.
Comme on peut le voir à la Fig. 5, les sections des différents jets d'oxygène et les distances séparant les tuyè- res l'une de l'autre ne doivent pas nécessairement être égales. ' Dans chaque cas particulier, il est possible de réaliser les conditions d'évacuation voulues pour les différents jets d'oxy- gène,et par conséquent de provoquer la réaction voulue dans le bain,en modifiant les distances séparant les tuyères l'une de l'autre ainsi que la section de ces dernières, et éventuellement en effectuant un réglage de cette section.
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Multi-jet refining lance head,
During the oxygen refining processes intended to transform pig iron into steel, technically pure oxygen, or a mixture of oxygen and powdered lime, is blown onto the metal bath by means of cooled lances. at the water,
To cause the metallurgical reactions as well as to maintain an optimal course of these during the 'refining of pig iron poor in phosphorus, called smelting of steelworks :, or the refining' of pig iron rich in phosphorus, or pig iron Thomas, the distance separating the lance from the bath for
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of oxygen given must be maintained at a constant value as the process progresses.
It is also necessary to keep the oxygen, or the mixture of oxygen and powdered lime, coming into contact with the bath a determined average impulse.
This can be controlled by adjusting the flow rate and / or the distance separating the nozzle from the metal, so that an increase in the flow rate or a decrease in the distance of the nozzle increases this impulse. at the point of impact * This distance cannot become too great, to prevent the pulse of the jet of oxygen, or of oxygen and powdered lime coming into the metal bath from being attenuated to such an extent that 'it can no longer cause the necessary reactions between the gas and the metal. When this distance becomes too great, the appearance of slag on the iron increases, which makes it more difficult to develop the process.
When using varieties of cast iron rich in phosphorus, in particular, the quantity of slag, necessarily greater than in the case of steel melting, causes an additional attenuation of $ 1 impulse,
On the other hand, too small a distance between the lance and the bath, and consequently too great an impulse, causes a harmful dispersion of the metal in sheaves, which can produce the formation of troublesome burrs on the lance and the chimney. In addition, too small a distance between the lance and the bath produces conditions which greatly slow down the dephosphorization.
These conditions which are detrimental to dephosphorization should be avoided to a great extent, especially when ripening varieties of pig iron rich in phosphorus, since during the entire ripening cycle a controlled dephosphorization must occur in more decarburization. Under these conditions, dephosphorization assumes the presence of a basic liquid slag containing iron oxide.
These theoretical conditions cannot be achieved
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in practice optimally using the available lance models. Lances with one orifice, with several orifices as well as so-called double-jet lances have been known until now for the application of this process.
The one-hole lances originally available for refining have only proved practical for use in de. small converters. In large converters, it was necessary to choose such a large distance between the lance and the bath, given that the impulse on impact increases sharply with the flow of oxygen, that it was no longer possible to control the process satisfactorily. By.
Therefore, the important advantage of single-orifice lances in the case of small converters, because they influence the reactions in the bath in the desired direction and cause dephosphorization as well as decarburization under the bath. effect of the pulse of the gas jet, could not be used when switching to larger converters,
In larger converters, lances with multiple ports have been found to be more favorable for refining.
These lances allow better control of the evolution of the process.
However, since these lances produce a weaker momentum at the moment of impact, they are not able to control the evolution of the reaction as well as the lances at an orifice.
In the case of both lances with single-orifice nozzles and commonly designed lances with multiple-orifice nozzles, the characteristics of the distribution of the impulse over the treated surface are determined, '1 by the' shape and the arrangement of the nozzles and cannot be changed.
In addition, attempts have been made to prevent higher oxygen flow rates from causing excessively high pulses, by using
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hitherto known double jet nozzles. In this box, two jets of oxygen, first of all independent, are brought together in the mouth of the nozzle, so that, as in the case of single-orifice nozzles, the large pulse of the compact jet is attenuated under the effect turbulence caused by the secondary oxygen jet. Such devices are known as screw lances and swirl lances.
These devices make it possible to control to a certain extent the characteristics of the distribution of the impulse on the treated surface,
Nevertheless, a maximum of impulse is always present in the middle of the treated surface, the impulse being more or less attenuated at the edge thereof. In addition, it has been found that such a construction allows the use of double-jet nozzles only for converters up to a certain size, that is to say up to a certain bath surface. treated. This limitation of the conditions of use of these known devices results from the fact that the gas jet has, even at the outlet of the lance, the characteristics of the gas jet of a lance with one orifice.
These drawbacks, which arise both from the point of view of metallurgy and of design, are avoided by means of the lance head model according to the invention. According to this, the outlets of the nozzles of the primary and secondary oxygen jets are separated from each other, and their axes only intersect at a distance of 10 x D, D being the diameter of the narrowest separate primary oxygen jet.
This new design has the advantage of allowing optimum control from the metallurgical point of view of the metal bath to be refined. In particular, it is possible to subject various regions of the surface of the bath to different but determined currents of oxygen. One can for example carry out the refining under a small impulse
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center of the bath and under a greater impulse in the other parts of the bath, so that, for the distance chosen between the lance and the surface, the desired reactions between the. gas and metal can be caused and maintained.
In this way it is also possible, for example, to promote slag formation and dephosphorization as one moves away from the center of the bath.
In a suitable embodiment of the invention, the axes of the primary oxygen jet (s) and the secondary oxygen jets do not intersect.
In this way an additional advantage is obtained, since the oxygen jets exiting the head have virtually no influence on each other. We avoid this. way the formation of vortices in the jets.
In addition, it is advantageous if the secondary oxygen supply lines are designed for a higher oxygen flow rate than the primary oxygen supply line (s).
In this way, the appearance of excessively high iron oxide contents at the edge of the surface of the bath is avoided, '
The protection of the converter coating and the conservation of the converter as a whole are thus greatly improved.
Furthermore, the new lance lends itself to the most flexible use when the various oxygen supply lines can be adjusted independently of each other.
The drawing shows by way of example one embodiment of the invention.
Figs. 1, 2 and 3 show from the front and in longitudinal-section various embodiments of the new lance head; Figs. 4 and 5 are two other front views.
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In Fig. 1, a central nozzle '1 for the primary oxygen has a diameter D, and is surrounded by four nozzles. res 2 for secondary oxygen, smaller in diameter and arranged in a circle. The axes 2 'of the nozzles 2 intersect! The axis 1' of the nozzle 1. Their point of intersection 3 is located at a distance greater than 10 x D from the discharge surface 4 of all the nozzles formed by the anterior face of the spear head.
In Fig. 2, the axes 2 'and 1' of all the nozzles are mutually parallel. Contrary to what is the case in the first embodiment, the nozzle 2 producing the secondary oxygen jet is arranged in the center, and the nozzles 1 for the primary oxygen are arranged in a circle around it.
Fig. 3 represents a third embodiment of the invention. In this case, the axes 2 ′ of the nozzles intended for secondary oxygen, which are here also arranged in a circle, deviate from the axis 1 ′ of the central nozzle 1 producing the primary oxygen jet,
In Fig. 4, several nozzles 1 intended for the primary oxygen are arranged at an equal distance on a circle.
These nozzles are surrounded by several nozzles 2 intended for secondary oxygen, arranged at an equal distance from each other on a circle concentric with the first.
As can be seen in Fig. 5, the sections of the different jets of oxygen and the distances separating the nozzles from each other do not necessarily have to be equal. In each particular case, it is possible to achieve the desired discharge conditions for the different jets of oxygen, and consequently to bring about the desired reaction in the bath, by varying the distances separating the nozzles from one of them. the other as well as the section of the latter, and possibly by adjusting this section.