"Tuyère de soufflage de gaz, sa fabrication et son utilisation" On affine un métal en fusion en soufflant un gaz par des tuyères installées au fond d'un convertisseur. On effectue cette opération dans un convertisseur à soufflage par le bas, dans un convertisseur à soufflage par le haut et par le bas ou encore par décarburation à l'argon/oxygène.
On installe la tuyère au fond ou sur la paroi du convertisseur et cette tuyère comprend une matière réfractaire installée au fond du convertisseur, plusieurs passages pratiqués dans cette matière réfractaire, une réserve de gaz formée dans la partie inférieure de la matière réfractaire afin de maintenir la quantité de gaz s'écoulant dans ces passages à une valeur constante, de même qu'une conduite à gaz. Le gaz est soufflé dans le convertisseur via la réserve précitée et également via chacun des passages s'étendant à partir de la conduite à gaz reliée à la source de gaz.
Lors du soufflage d'un gaz dans un convertisseur via une tuyère de la structure précitée selon la technique antérieure, le gaz attaque directement la matière réfractaire selon la relation existant entre eux et il a tendance à détériorer cette matière réfractaire (par exemple : briques réfractaires de
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celle-ci. Lorsque la matière réfractaire acquiert une faible épaisseur suite à cette détérioration ou aux pertes qu'elle subit par le métal en fusion,et si elle est directement atteinte à sa base, la tuyère se brise sous l'effet de la pression. En conséquence, étant donné que la durée de vie de la tuyère est extrêmement courte et que les problèmes énoncés ci-dessus se posent, la gamme de pressions du gaz ne peut être large.
Lorsque la matière réfractaire prévue pour le soufflage d'un gaz est installée au fond du réci- <EMI ID=2.1>
caractéristiques suivantes :
1) la granularité des grains des matières premières dont est constituée la matière réfractaire, est réglée, tandis que l'on obtient une matière réfractaire d'une structure poreuse en procédant à un façonnage et à une cuisson;
2) on mélange la matière qui doit être brûlée, de même que les matières premières réfractaires dont on a réglé la granularité, puis on façonne le mélange obtenu et on le soumet à une cuisson pour obtenir une matière réfractaire d'une structure poreuse ;
3) on enfouit de longues bandes étroites de papier ou de bois dans la masse de la matière réfractaire afin de former des trous s'étendant en ligne droite depuis la face d'usure entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à la face arrière, le papier ou le bois étant ensuite enlevé (voir, par exemple, demande de brevet japonais publiée mais non examinée
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Les méthodes classiques mentionnées ci-dessus posent les problèmes suivants :
A) dans les cas (1) et (2) ci-dessus, il est difficile d'amener le gaz à s'écouler dans une direction et les sens d'écoulement sont désordonnés. En conséquence, il est nécessaire d'étanchéifier, au moyen d'une matière réfractaire non poreuse ou d'une matière d'étanchéité, la face autre que celle par laquelle le gaz est projeté, de même que la face d'alimentation du gaz. Par ces procédés, on rend la matière réfractaire poreuse en réglant la granularité des grains de telle sorte que la quantité de gaz projeté est limitée et que l'on ne peut obtenir une importante perméabilité à l'air.
De plus, étant donné que les dimensions et les formes des trous de passage d'air sont différentes, la pression de projection du gaz n'est pas constante, si bien que les pertes ou les détériorations dues au métal en fusion sont importantes au même titre que la porosité de toute la matière réfractaire, de sorte que l'on ne peut obtenir une longue durée de vie.
B) On a cru que la matière réfractaire utilisée pour le soufflage d'un gaz et réalisée par le procédé (3) permettrait de résoudre les problèmes énoncés ci-dessus mais, dans la réalité, les inconvénients ci-après subsistent toujours :
a) les éléments en papier ou en bois ont généralement une faible résistance, ils se déforment au cours du traitement, il est difficile d'établir un diamètre déterminé dans les trous de passage et il se forme des craquelures dans le corps façonné lors de l'application d'une pression élevée. b) Etant donné que la matière en cours de cuisson dégage un gaz ou des matières volatiles, il se forme des craquelures au cours de la cuisson, il subsiste des résidus et l'on ne peut obtenir des ouvertures parfaites.
En particulier, il est extrêmement difficile de réaliser des tuyères d'une dimension requise (grande longueur) que l'on utilisera au fond d'un convertisseur. c) Les températures doivent être supérieures à la température de cuisson afin de former des trous étroits et les méthodes décrites ci-dessus ne peuvent être appliquées à la matière réfractaire et aux produits de coulée qui n'ont pas subi la cuisson. d) En raison des problèmes énoncés ci-dessus, il convient de pratiquer, autant que possible, des trous d'un diamètre constant dans une zone limitée pour projeter un important volume de gaz.
De plus, étant donné que les convertisseurs à soufflage par le sommet ont acquis un irnportant volume, le gaz est soufflé par le fond afin de faire circuler le métal en fusion. Cette méthode est appelée "soufflage par le haut et par le bas". Pour réaliser les tuyères de soufflage par le bas, on utilise des conduites SUS ou des briques poreuses.
En ce qui concerne la tuyère d'une conduite, le diamètre est généralement de 5 à 20 mm et le débit de gaz doit être supérieur au mach car, s'il est inférieur à cette valeur, la tuyère s'obstrue. C'est là une condition indispensable lorsque le convertisseur renferme le métal en fusion. La limite supérieure est d'environ 30 kg/cm2 compte tenu de la pression devant être adoptée à l'échelle industrielle et l'intervalle dans lequel se situe cette valeur, est l'intervalle de réglage pour le soufflage du gaz par le bas. En d'autres mots, la limite inférieure pour le débit du gaz de soufflage par le bas est déterminée en fonction de l'obstruction de la tuyère, tandis que la limite supérieure dépend de la limite de pression du dispositif. L'intervalle entre la limite inférieure et la limite supérieure pour le débit de soufflage du gaz est d'environ 2 à 3 fois.
En ce qui concerne la phase métallurgique, lorsqu'on augmente le débit de soufflage du gaz par le bas, la réaction entre le laitier et le métal est activée et la déphosphoration est accélérée. Dans la matière à faible teneur en carbone (moins de 0,04%), la teneur en P est réduite à mesure que la quantité de gaz augmente. Toutefois, dans une matière à haute teneur en carbone (plus de 0,4%), l'agitation entre le laitier et le métal est trop forte et le potentiel d'oxydation de l'acier et du laitier est réduit, altérant ainsi fortement la déphosphoration. Dès lors, on constate que, pour assurer une déphosphoration préférentielle lors de l'affinage d'une matière dont la teneur en carbone se situe dans l'intervalle allant de 0,4 à 0,04%, le débit du gaz de soufflage par le bas doit se situer entre 0,005 et 0,011 Nm3/min.T.
Toutefois, étant donné que, dans la tuyère d'une conduite, l'intervalle de réglage du débit de
gaz est étroit, l'effet exercé n'est nullement préférentiel dans les matières à haute teneur en carbone en ce qui concerne le débit du gaz de soufflage par le bas. Si l'on essaie de porter au maximum l'effet exercé dans les matières à faible teneur en carbone, l'effet obtenu dans les matières à haute teneur en carbone est inférieur lors du soufflage d'un gaz par
le bas tandis que, si l'on essaie de porter au maximum l'effet exercé dans les matières à haute teneur en carbone, l'effet obtenu dans les matières à faible teneur en carbone est inférieur. En conséquence, si, par exemple, on choisit un débit de gaz de 0,10 Nm3/min.T, la limite inférieure pour ce débit de gaz est d'environ 0,03 à 0,05 Nm3/min.T, tandis que la déphosphoration est accélérée en réduisant la teneur en carbone à une faible valeur au point final. En conséquence, le rendement en acier en fusion est inévitablement réduit et l'unité fondamentale d'alliage est accrue ; de plus, étant donné que le débit de gaz ne doit pas être arrêté, l'unité fondamentale du soufflage par le bas est restreinte.
Afin de remédier aux inconvénients de la tuyère d'une conduite, on a proposé une tuyère constituée de briques poreuses permettant de régler le débit de gaz à partir de 0. On forme la tuyère poreuse en maintenant les granularités dans un certain intervalle et la perméabilité, à une valeur inférieure à environ 100 microns. Si l'on arrête le débit de gaz alors que l'acier est maintenu dans le convertisseur, cet acier ne pénètre guère dans la tuyère poreuse et les problèmes énoncés ci-dessus sont presque résolus.
Toutefois, étant donné que dans cette tuyère poreuse, le gaz s'infiltre dans les grains cristallins des matières réfractaires, la résistance est extrêmement importante à cet endroit et la pression du gaz doit être maintenue à une haute valeur pour régler le débit de gaz ; toutefois, si l'on maintient la pression de gaz à une haute valeur, la tuyère en matière réfractaire se détériore. En conséquence, la limite supérieure pour la pression du gaz est de 30 kg/cm2.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités d'une tuyère classique pour l'affinage de l'acier, d'élargir l'intervalle des pressions de soufflage d'un gaz par le bas et de prolonger la durée de vie de cette tuyère. A cet effet, la tuyère suivant l'invention est étanchéifiée par le métal se trouvant au fond, sur les côtés et sur chacun des trous de pénétration, empêchant ainsi le gaz d'entrer directement en contact avec la matière réfractaire tandis que., d'autre part, la réserve de gaz est entourée d'une plaque métallique, réduisant ainsi la pression de gaz exercée sur la matière réfractaire.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé en vue de réaliser une tuyère en matière réfractaire, en particulier, en vue de former des trous de pénétration. Compte tenu des effets de barbotage se produisant dans le métal en fusion, il
est préférable que les trous de pénétration aient un diamètre compris entre 0,1 et 5 mm. Chaque trou peut avoir n'importe quelle section transversale, par exemple, une section transversale circulaire, elliptique, polygonale ou autre. Un élément tubulaire en matière réfractaire ou en métal peut être installé à l'inté-rieur des trous.
L'invention a également pour objet l'utilisation de la tuyère réfractaire réalisée en une substance perméable et non poreuse comportant les trous
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rer le soufflage du gaz au débit requis de 0 à 0,5 Nm3/min. T, tout en maintenant la pression du gaz en circulation et/ou du gaz d'affinage au-delà de la pression statique de l'acier en fusion + le laitier. En utilisant cette tuyère spécifique et en effectuant un affinage dans ces conditions spécifiques, on peut élargir l'intervalle de réglage du soufflage de gaz par le bas de telle sorte que le réglage du débit de gaz soit aisé et que la durée de vie de la tuyère soit prolongée.
Dans les dessins annexés :
la figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant un exemple de la tuyère suivant l'invention ;
les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en plan et une vue en coupe transversale illustrant l'élément en matière réfractaire pour le soufflage d'un gaz suivant l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe transversale illustrant un autre exemple ; la figure 5 est une vue en coupe transversale illustrant un exemple de procédé de moulage ; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre le débit de soufflage d'un gaz et la pression du gaz ; la figure 7 est un graphique montrant la relation entre la quantité de [P] et le débit de gaz, la teneur en [C] étant un paramètre ; la figure 8 est un graphique montrant la relation entre la pression de gaz et le débit de gaz ; la figure 9 est une vue en coupe transversale illustrant un autre exemple ;
la figure 10 est un graphique montrant la relation entre la teneur en CC] au point final et la <EMI ID=5.1> la figure 11 est un graphique montrant la relation entre la teneur en [CI au point final et la teneur totale en [Fe] du laitier, et la figure 12 est un diagramme de soufflage. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de la tuyère en matière réfractaire de l'invention, ce dessin étant simplifié pour des <EMI ID=6.1>
formés dans cette matière réfractaire avec des conduites 4, une plaque métallique supérieure 6 et une plaque métallique inférieure 7 formant une réserve de gaz 5, un recouvrement métallique 8 entourant les côtés de la matière réfractaire 2 et de la réserve de gaz, ainsi qu'une conduite à gaz 9 adaptée à la plaque métallique inférieure 7.
La matière réfractaire 2 est constituée d'une substance non poreuse et elle est installée au fond et sur la paroi d'un convertisseur.
On forme les passages ou les trous de pénétration 3 en introduisant les conduites métalliques 4 dans un trou s'étendant d'une face d'usure entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à une face arrière. Dans le présent exemple, les conduites métal-
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La plaque métallique 6 est proche de la surface inférieure de la matière réfractaire 2 et elle forme la réserve de gaz 5 en intercalant une plaque métallique inférieure 7 entre elles. La plaque métallique supérieure 6 comporte des trous à des endroits correspondant aux ouvertures inférieures des trous de pénétration. La plaque métallique supérieure 6 et les conduites métalliques 4 faisant partie des trous 3 sont solidarisées l'une à l'autre par soudage ou par vissage, tandis que la réserve de gaz 5 communique avec
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Le recouvrement métallique 8 entre en contact avec la plaque métallique supérieure 6 et la plaque métallique inférieure 7 sur leur circonférence, tandis qu'il entoure la matière réfractaire 2 et la réserve de gaz 5 sur leurs côtés. Dans la présente forme de réalisation, le recouvrement métallique 8 est une plaque en fer.
La conduite à gaz 9 est reliée à une source de gaz (non représentée) à partir de la plaque métallique inférieure 7. Outre la structure décrite cidessus, suivant la présente invention, on peut prévoir des nervures de renforcement 10 (illustrées en traits discontinus) entre la plaque métallique supérieure 6 et la plaque métallique inférieure 7 afin de renforcer davantage toute la structure de la tuyère 1 contre la pression du gaz et également afin de réduire la charge imposée à la matière réfractaire 2 par cette pression, Les nervures 10 sont constituées de conduites métalliques.
On se référera également à la composition chimique de la tuyère en matière réfractaire. La matière réfractaire utilisée pour réaliser les tuyères de la présente invention est constituée de 5 à 30% de carbone, le reste de la composition étant constitué d'un ou plusieurs éléments choisis parmi MgO, A1203,
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Une teneur en carbone inférieure à 5% augmente la pénétration du laitier, provoquant ainsi d'importantes pertes par le métal en fusion, ainsi que des détériorations par éclatement thermique, tandis qu'une teneur en carbone supérieure à 30% réduit la robustesse et la résistance à la corrosion. L'addition d'un ou de plusieurs des éléments précités a pour but d'améliorer la qualité, la résistance à l'éclatement, la résistance à l'abrasion ou la robustesse.
Les matières premières pour les matières réfractaires de l'invention sont choisies parmi : les
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A1203, le carbone et les carbures C, SiC, ZrC, WC,
MoC et B4C, de même que les nitrures Si3N4 et BN.
La présente invention a pour but de fournir des produits de cuisson et des produits ininflammables constitués principalement des ingrédients précités et imprégnés de poix après cuisson.
La matière réfractaire de la tuyère suivant la présente invention a une très faible vitesse d'usure de 0,8 à 0,9 mm/charge lorsque les trous de pénétration ont un diamètre d'environ 1 mm. Dès lors, la durée de vie de la tuyère peut être prolongée.
On décrira ci-après le procédé de réalisation de cette tuyère. A l'intérieur d'un châssis de moulage, on installe des organes destinés à former des passages rectilignes d'un diamètre de 0,1 à 5 mm et l'on remplit ces organes d'une matière réfractaire non poreuse. On retire ou on laisse subsister ces organes de formation de passages.
Pour des éléments de moulage sous pression., il est préférable de répéter quelques fois la distribution d'une matière réfractaire malaxée et de localiser les organes précités à des distances déterminées en procédant à de nouvelles charges de cette matière réfractaire malaxée. Dans un autre procédé, on peut empêcher les organes de se déplacer de part et d'autre alors que la matière réfractaire malaxée est déplacée sous la pression opératoire, Le corps de tuyère ainsi réalisé est soumis à une cuisson ou non suivant les types de matières premières et les produits envisagés.
Il est également préférable que les diamètres des passages extérieurs soient inférieurs à ceux des passages intérieurs. En procédant de la sorte, on évite l'inconvénient associé au procédé classique, à savoir que la forme d'un champignon est instable et que les pertes par le métal en fusion sont importantes, si bien que l'on ne peut déterminer la direction de soufflage du gaz, que l'intervalle de réglage du débit de gaz est étroit et que les passages s'obstruent ; en l'occurrence, l'expression "en forme de champignon" signifie que les matières en fusion recouvrent la face de travail des passages sous forme de champignons.
Afin d'assurer une mise en oeuvre régulière de l'opération de l'invention, on spécifiera les conditions complémentaires suivantes : espaces entre les passages : 3 à 150 mm ; épaisseur de la conduite : 0,1
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distance entre la plaque métallique supérieure et la plaque métallique inférieure de la réserve de gaz :
2 à 50 mm.
Etant donné que la tuyère suivant l'invention
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maintenu à une valeur constante.
Lorsque� en lieu et place de la matière réfractaire malaxée, on utilise la matière de moulage comme matière réfractaire pouvant être coulée, en vue de former les passages précités, on dispose plusieurs bandes métalliques étroites 17 dont les extrémités supérieures et inférieures sont fixées à des éléments
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quoi on verse la matière de moulage 18 dans le châssis de moulage 16 et on la soumet à des vibrations pour la façonner. On soumet la pièce moulée à un finissage
et on la sèche pendant un certain temps, puis on
retire les bandes pour former des passages. Si l'on utilise des conduites, on peut laisser subsister ces dernières qui formeront alors la paroi intérieure des passages, La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une tuyère de soufflage de gaz en matière réfractaire et la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la figure 2, Dans ces figures, le chiffre de référence 11 désigne une matière réfractaire non poreuse, le chiffre de référence 12, la surface de travail et le chiffre de référence 13., la face arrière. La figure 4 est une vue en coupe transversale de la tuyère de soufflage de gaz en matière réfractaire selon une autre forme de réalisation dans laquelle on utilise des conduites métalliques comme organes de formation de trous, et on laisse subsister ces conduites comme indiqué en 15.
La tuyère en matière réfractaire suivant l'invention est réalisée comme décrit ci-dessus, supprimant ainsi les inconvénients des éléments classiques. On résumera ci-après les utilités, les effets et autres caractéristiques avantageuses qu'apporte l'invention.
1) On peut former plusieurs trous ayant des diamètres fixes et s'étendant en ligne droite depuis
la face entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à la face arrière.
2) Le procédé de la présente invention peut être appliqué non seulement à des matières réfractaires soumises à une cuisson, mais également � des produits qui ne sont pas soumis à une cuisson.
3) On peut régler ad libitum les diamètres des conduites métalliques, leur diamètre intérieur et le nombre dans lequel elles sont requises.
4) En laissant subsister les conduites, on empêche la matière réfractaire de subir une corrosion sous l'effet du gaz entrant en réaction avec elle-même, par exemple, l'oxygène, le carbone gazeux ou analogues, si bien que le gaz en réaction peut être soufflé positivement.
La figure 9 illustre une autre tuyère recouverte d'un manchon 26 réalisé en une matière réfractaire non poreuse, ainsi que d'une plaque en fer 27 disposée sur une autre plaque en fer 21 afin de conférer une robustesse à l'ensemble de la tuyère.
Suivant l'invention, les tuyères sont disposées sur le fond et la paroi d'un convertisseur afin d'effectuer simultanément le soufflage par le bas et le soufflage par le sommet.
Comme gaz de soufflage par le bas, on mentionnera des gaz inertes tels que Ar, N2 ou analogues,
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cerne l'oxygène, on peut l'utiliser si sa proportion dans la composition est inférieure à 70%. Si cette proportion est supérieure à 70%) la. matière réfrac-
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s'use.
La pression du gaz de soufflage par le bas est supérieure à la pression statique du métal en fusion + le laitier. Si cette pression est inférieure
à la pression statique du métal en fusion plus le laitier, le métal ou le laitier pénètre dans les trous de passage et les obstrue. Le débit du gaz de soufflage par le bas est de 0 à 0,5 Nm3/min, T. Si ce débit est supérieur à 0,5 Nm3/min. T, l'unité fondamentale du gaz de soufflage par le bas augmente, donnant ainsi lieu à un accroissement des frais consentis tandis que, par ailleurs, les déperditions de chaleur augmentent sous l'effet de refroidissement du métal en fusion par le soufflage par le bas. Le débit optimum de gaz peut être déterminé par les teneurs finales en C et en P requises pour le soufflage dans le convertisseur.
En d'autres mots, si l'on augmente le débit de gaz de soufflage par le bas, l'agitation entre le laitier et le métal en fusion s'accélère et la réaction d'affinage se rapproche de l'équilibre, mais le potentiel d'oxydation diminue à mesure que le débit de gaz de soufflage par le bas augmente dans les matières à haute teneur
en carbone où le potentiel d'oxydation est faible en soi, si bien que la déphosphoration a lieu à un degré inférieur. Dès lors, le débit optimum de gaz est déterminé par la teneur en P et par les sous-produits contenus dans le métal en fusion. Il est difficile de mesurer le potentiel d'oxydation dans le laitier. Les figures 10 et 11 montrent les relations entre la teneur <EMI ID=16.1>
s ion.
Le tableau 1 donne une comparaison entre le procédé de l'invention et le procédé classique lorsqu'on utilise de l'argon gazeux dans un convertisseur de t80 tonnes à soufflage de gaz par le bas.
TABLEAU 1
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REMARQUES : A : dimensions de la tuyère ; B : nombre
utilisé ; C : pression et débit de gaz dans l'intervalle de réglage ; D : mini-
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de la tuyère par le métal en fusion ; G :
matières.
Comme on peut le constater, l'invention offre un large intervalle de réglage du débit de gaz et elle permet d'améliorer la durabilité.
le tableau 2 donne les caractéristiques
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TABLEAU 2
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REMARQUES : A: dimensions de la tuyère ; H : arrêt
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soufflage par le bas Nm3/min,T; J : arrêt du soufflage; K : [P]% ; L : teneur totale en [Fe]%.
Ainsi qu'on peut le constater suivant l'in-
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dans l'acier à faible teneur en carbone, l'arrêt du soufflage [P] est faible et la teneur totale en [Fe] dans le laitier est également faible. Lorsque la teneur en carbone est de 0,4% dans un acier à haute teneur en carbone, le débit de gaz de soufflage par le bas pourrait être réglé à une faible valeur et l'arrêt de soufflage [P] est faible.
Au cours de la décarburation de l'acier à faible teneur en carbone, on agite le bain par ébullition de CO de façon à réduire le débit de gaz de soufflage par le bas. Comparativement à l'unité fon-
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conduite classique, on peut obtenir les mêmes caractéristiques métallurgiques avec une unité de 0,8 Nm3/T conformément à la présente invention.
On peut également réduire le débit de gaz presque à zéro en maintenant la pression du gaz à la pression statique de l'acier en fusion plus le laitier.
La figure 12 donne des diagrammes de soufflage.
REVENDICATIONS
1. Tuyère pour l'affinage d'un métal en fusion, caractérisée en ce qu'elle comprend une matière réfractaire non poreuse disposée au fond ou sur la paroi d'un convertisseur, plusieurs passages formés dans cette matière réfractaire au moyen de conduites métalliques, une plaque métallique supérieure et une plaque métallique inférieure définissant une réserve de gaz communiquant avec les passages pratiqués dans la base de la matière réfractaire, un recou-
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réfractaire et les cotés de la réserve de gaz, de même qu'une conduite à gaz adaptée à la plaque métallique inférieure, la conduite métallique de chacun des passages étant reliée à une ouverture pratiquée dans la plaque métallique supérieure,
"Gas blowing nozzle, its manufacture and its use" A molten metal is refined by blowing a gas through nozzles installed at the bottom of a converter. This operation is carried out in a bottom blowing converter, in a top and bottom blowing converter or by argon / oxygen decarburization.
The nozzle is installed at the bottom or on the wall of the converter and this nozzle comprises a refractory material installed at the bottom of the converter, several passages made in this refractory material, a gas reserve formed in the lower part of the refractory material in order to maintain the quantity of gas flowing in these passages at a constant value, as well as a gas line. The gas is blown into the converter via the aforementioned reserve and also via each of the passages extending from the gas pipe connected to the gas source.
When blowing a gas into a converter via a nozzle of the aforementioned structure according to the prior art, the gas directly attacks the refractory material according to the relationship between them and it tends to deteriorate this refractory material (for example: refractory bricks of
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this one. When the refractory material acquires a small thickness following this deterioration or the losses which it undergoes by the molten metal, and if it is directly reached at its base, the nozzle breaks under the effect of the pressure. Consequently, since the life of the nozzle is extremely short and the problems stated above arise, the range of gas pressures cannot be wide.
When the refractory material intended for blowing a gas is installed at the bottom of the container <EMI ID = 2.1>
following features:
1) the granularity of the grains of the raw materials from which the refractory material is made is adjusted, while a refractory material of a porous structure is obtained by shaping and baking;
2) the material to be burned is mixed, as well as the refractory raw materials whose granularity has been adjusted, then the mixture obtained is shaped and subjected to baking to obtain a refractory material of a porous structure;
3) long narrow strips of paper or wood are buried in the mass of the refractory material in order to form holes extending in a straight line from the wear face coming into contact with the molten metal up to the face back, paper or wood then removed (see, for example, published but unexamined Japanese patent application
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The conventional methods mentioned above pose the following problems:
A) in cases (1) and (2) above, it is difficult to cause the gas to flow in one direction and the directions of flow are disordered. Consequently, it is necessary to seal, by means of a non-porous refractory material or a sealing material, the face other than that by which the gas is sprayed, as well as the gas supply face. . By these methods, the refractory material is made porous by adjusting the granularity of the grains so that the quantity of sprayed gas is limited and that a high air permeability cannot be obtained.
In addition, since the dimensions and shapes of the air passage holes are different, the spraying pressure of the gas is not constant, so that the losses or deteriorations due to the molten metal are significant at the same time. as the porosity of all refractory material, so that one cannot obtain a long service life.
B) It was believed that the refractory material used for blowing a gas and produced by method (3) would make it possible to solve the problems stated above but, in reality, the following drawbacks still remain:
a) the paper or wooden elements generally have a low resistance, they deform during treatment, it is difficult to establish a determined diameter in the through holes and cracks are formed in the shaped body during the application of high pressure. b) Since the material being cooked gives off gas or volatile matter, cracks form during cooking, residues remain and perfect openings cannot be obtained.
In particular, it is extremely difficult to produce nozzles of a required size (long length) which will be used at the bottom of a converter. c) The temperatures must be higher than the firing temperature in order to form narrow holes and the methods described above cannot be applied to the refractory material and to the casting products which have not been fired. d) Because of the problems stated above, holes of constant diameter should be drilled as much as possible in a limited area to project a large volume of gas.
In addition, since the top blown converters have acquired a large volume, the gas is blown from the bottom in order to circulate the molten metal. This method is called "top and bottom blowing". To make the blowing nozzles from below, SUS pipes or porous bricks are used.
With regard to the nozzle of a pipe, the diameter is generally 5 to 20 mm and the gas flow rate must be greater than the mach because, if it is less than this value, the nozzle is blocked. This is an essential condition when the converter contains molten metal. The upper limit is approximately 30 kg / cm 2 taking into account the pressure to be adopted on an industrial scale and the interval in which this value is situated is the adjustment interval for blowing the gas from below. In other words, the lower limit for the flow rate of the blowing gas from below is determined as a function of the obstruction of the nozzle, while the upper limit depends on the pressure limit of the device. The interval between the lower limit and the upper limit for the gas blowing rate is approximately 2 to 3 times.
With regard to the metallurgical phase, when the gas blowing rate is increased from below, the reaction between the slag and the metal is activated and the dephosphorization is accelerated. In low carbon material (less than 0.04%), the P content is reduced as the amount of gas increases. However, in a material with a high carbon content (more than 0.4%), the agitation between the slag and the metal is too strong and the oxidation potential of the steel and the slag is reduced, thus greatly altering dephosphoration. Consequently, it can be seen that, in order to ensure preferential dephosphorization during the refining of a material whose carbon content lies in the range from 0.4 to 0.04%, the flow rate of the blowing gas by the bottom must be between 0.005 and 0.011 Nm3 / min.T.
However, since in the nozzle of a pipe, the flow adjustment interval of
gas is narrow, the effect exerted is in no way preferential in materials with a high carbon content with regard to the flow rate of the blowing gas from below. If we try to maximize the effect exerted in low carbon materials, the effect obtained in high carbon materials is less when blowing a gas by
the bottom while, if we try to maximize the effect exerted in materials with high carbon content, the effect obtained in materials with low carbon content is lower. Consequently, if, for example, a gas flow of 0.10 Nm3 / min.T is chosen, the lower limit for this gas flow is approximately 0.03 to 0.05 Nm3 / min.T, while that dephosphorization is accelerated by reducing the carbon content to a low value at the end point. As a result, the yield of molten steel is inevitably reduced and the basic unit of alloy is increased; moreover, since the gas flow should not be stopped, the basic unit of the bottom blowing is restricted.
In order to remedy the drawbacks of the nozzle of a pipe, a nozzle made of porous bricks has been proposed making it possible to regulate the gas flow from 0. The porous nozzle is formed while maintaining the granularities within a certain interval and the permeability , to a value less than about 100 microns. If the gas flow is stopped while the steel is kept in the converter, this steel hardly penetrates the porous nozzle and the problems stated above are almost solved.
However, since in this porous nozzle, the gas infiltrates into the crystalline grains of the refractory materials, the resistance is extremely important at this location and the pressure of the gas must be maintained at a high value to regulate the flow of gas; however, if the gas pressure is kept at a high value, the refractory nozzle deteriorates. Consequently, the upper limit for the gas pressure is 30 kg / cm2.
The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks of a conventional nozzle for refining steel, to widen the range of blowing pressures for a gas from below and to extend the service life of this nozzle. To this end, the nozzle according to the invention is sealed by the metal located at the bottom, on the sides and on each of the penetration holes, thus preventing the gas from coming into direct contact with the refractory material while., D On the other hand, the gas reserve is surrounded by a metal plate, thereby reducing the gas pressure exerted on the refractory material.
Another object of the invention is to provide a method for producing a nozzle of refractory material, in particular, for the purpose of forming penetration holes. Given the bubbling effects occurring in the molten metal, it
it is preferable that the penetration holes have a diameter between 0.1 and 5 mm. Each hole can have any cross section, for example, a circular, elliptical, polygonal or other cross section. A tubular element of refractory material or metal can be installed inside the holes.
The invention also relates to the use of the refractory nozzle made of a permeable and non-porous substance comprising the holes
<EMI ID = 4.1>
rer gas blowing at the required flow rate from 0 to 0.5 Nm3 / min. T, while maintaining the pressure of the circulating gas and / or the refining gas above the static pressure of the molten steel + the slag. By using this specific nozzle and by refining under these specific conditions, it is possible to widen the adjustment interval of the gas blowing from below so that the adjustment of the gas flow is easy and that the lifetime of the nozzle is extended.
In the accompanying drawings:
Figure 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the nozzle according to the invention;
Figures 2 and 3 are respectively a plan view and a cross-sectional view illustrating the element of refractory material for blowing a gas according to the invention; Figure 4 is a cross-sectional view illustrating another example; Figure 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a molding process; Figure 6 is a graph showing the relationship between the blowing rate of a gas and the pressure of the gas; Fig. 7 is a graph showing the relationship between the amount of [P] and the gas flow rate, the content of [C] being a parameter; Figure 8 is a graph showing the relationship between gas pressure and gas flow; Figure 9 is a cross-sectional view illustrating another example;
Figure 10 is a graph showing the relationship between the CC content at the end point and <EMI ID = 5.1> Figure 11 is a graph showing the relationship between the CC content at the end point and the total content of [ Fe] of the slag, and Figure 12 is a blowing diagram. Figure 1 is a cross-sectional view of an example of the refractory nozzle of the invention, this drawing being simplified for <EMI ID = 6.1>
formed in this refractory material with pipes 4, an upper metal plate 6 and a lower metal plate 7 forming a gas reserve 5, a metal covering 8 surrounding the sides of the refractory material 2 and the gas reserve, as well as a gas line 9 adapted to the lower metal plate 7.
The refractory material 2 consists of a non-porous substance and it is installed at the bottom and on the wall of a converter.
The passages or the penetration holes 3 are formed by introducing the metal conduits 4 into a hole extending from a wear face coming into contact with the molten metal up to a rear face. In the present example, the metal pipes
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The metal plate 6 is close to the lower surface of the refractory material 2 and it forms the gas reserve 5 by interposing a lower metal plate 7 between them. The upper metal plate 6 has holes at locations corresponding to the lower openings of the penetration holes. The upper metal plate 6 and the metal conduits 4 forming part of the holes 3 are secured to one another by welding or by screwing, while the gas reserve 5 communicates with
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The metal covering 8 comes into contact with the upper metal plate 6 and the lower metal plate 7 on their circumference, while it surrounds the refractory material 2 and the gas reserve 5 on their sides. In the present embodiment, the metal cover 8 is an iron plate.
The gas line 9 is connected to a gas source (not shown) from the lower metal plate 7. In addition to the structure described above, according to the present invention, reinforcement ribs 10 can be provided (illustrated in broken lines) between the upper metal plate 6 and the lower metal plate 7 in order to further strengthen the entire structure of the nozzle 1 against the gas pressure and also in order to reduce the load imposed on the refractory material 2 by this pressure, the ribs 10 are formed of metallic pipes.
Reference will also be made to the chemical composition of the refractory nozzle. The refractory material used to make the nozzles of the present invention consists of 5 to 30% of carbon, the rest of the composition consisting of one or more elements chosen from MgO, A1203,
<EMI ID = 9.1>
A carbon content of less than 5% increases the penetration of the slag, thus causing significant losses by the molten metal, as well as deterioration by thermal bursting, while a carbon content of more than 30% reduces the robustness and the corrosion resistance. The addition of one or more of the aforementioned elements aims to improve the quality, the burst strength, the abrasion resistance or the robustness.
The raw materials for the refractory materials of the invention are chosen from:
<EMI ID = 10.1>
A1203, carbon and carbides C, SiC, ZrC, WC,
MoC and B4C, as well as the nitrides Si3N4 and BN.
The object of the present invention is to provide cooking products and non-flammable products consisting mainly of the above-mentioned ingredients and impregnated with pitch after cooking.
The refractory material of the nozzle according to the present invention has a very low wear rate of 0.8 to 0.9 mm / load when the penetration holes have a diameter of approximately 1 mm. Therefore, the life of the nozzle can be extended.
The process for producing this nozzle will be described below. Inside a molding frame, members intended to form rectilinear passages with a diameter of 0.1 to 5 mm are installed and these members are filled with a non-porous refractory material. These passage-forming members are removed or left to remain.
For pressure molding elements, it is preferable to repeat a few times the distribution of a kneaded refractory material and to locate the abovementioned members at determined distances by carrying out new charges of this kneaded refractory material. In another process, the organs can be prevented from moving on either side while the kneaded refractory material is moved under operating pressure. The nozzle body thus produced is subjected to firing or not depending on the types of materials raw materials and the products envisaged.
It is also preferable that the diameters of the exterior passages are smaller than those of the interior passages. By doing so, the disadvantage associated with the conventional process is avoided, namely that the shape of a mushroom is unstable and that the losses by the molten metal are significant, so that the direction cannot be determined. blowing the gas, the gas flow adjustment interval is narrow and the passages are blocked; in this case, the expression "mushroom-shaped" means that the molten materials cover the working face of the passages in the form of mushrooms.
In order to ensure a regular implementation of the operation of the invention, the following additional conditions will be specified: spaces between the passages: 3 to 150 mm; pipe thickness: 0.1
<EMI ID = 11.1>
distance between the upper metal plate and the lower metal plate of the gas reserve:
2 to 50 mm.
Since the nozzle according to the invention
<EMI ID = 12.1>
maintained at a constant value.
When � instead of the kneaded refractory material, the molding material is used as refractory material which can be cast, in order to form the aforementioned passages, there are several narrow metal strips 17 whose upper and lower ends are fixed to elements
<EMI ID = 13.1>
whereby the molding material 18 is poured into the molding frame 16 and subjected to vibrations to shape it. The molded part is subjected to a finishing
and we dry it for a while, then we
remove the strips to form passages. If pipes are used, these can be left to remain, which will then form the interior wall of the passages. FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of a gas blowing nozzle made of refractory material and FIG. 3 is a view in cross section taken along line III-III of Figure 2, In these figures, the reference numeral 11 denotes a non-porous refractory material, the reference numeral 12, the working surface and the reference numeral 13., the face back. FIG. 4 is a cross-sectional view of the refractory gas blowing nozzle according to another embodiment in which metal conduits are used as members for forming holes, and these conduits are allowed to remain as indicated in 15.
The refractory material nozzle according to the invention is produced as described above, thus eliminating the drawbacks of conventional elements. The utilities, effects and other advantageous features which the invention brings will be summarized below.
1) Several holes can be formed with fixed diameters and extending in a straight line from
the side coming into contact with the molten metal to the back side.
2) The process of the present invention can be applied not only to refractory materials subjected to firing, but also to # 65533; products which are not subjected to cooking.
3) The diameters of the metal pipes, their internal diameter and the number in which they are required can be adjusted ad libitum.
4) By allowing the pipes to remain, the refractory material is prevented from undergoing corrosion under the effect of the gas entering into reaction with itself, for example, oxygen, carbon gas or the like, so that the gas reaction can be blown positively.
FIG. 9 illustrates another nozzle covered with a sleeve 26 made of a non-porous refractory material, as well as an iron plate 27 placed on another iron plate 21 in order to impart robustness to the assembly of the nozzle .
According to the invention, the nozzles are arranged on the bottom and the wall of a converter in order to simultaneously carry out the blowing from the bottom and the blowing from the top.
As bottom blowing gas, inert gases such as Ar, N2 or the like will be mentioned,
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identifies oxygen, it can be used if its proportion in the composition is less than 70%. If this proportion is greater than 70%). refractive material
<EMI ID = 15.1>
wears out.
The blowing gas pressure from below is higher than the static pressure of the molten metal + the slag. If this pressure is lower
at the static pressure of the molten metal plus the slag, the metal or the slag penetrates into the through holes and clogs them. The blowing gas flow rate from the bottom is 0 to 0.5 Nm3 / min, T. If this flow rate is greater than 0.5 Nm3 / min. T, the fundamental unit of the bottom blowing gas increases, thus giving rise to an increase in the costs incurred while, moreover, the heat losses increase under the effect of cooling of the molten metal by the blowing by the low. The optimum gas flow can be determined by the final C and P contents required for blowing in the converter.
In other words, if the blowing gas flow rate is increased from below, the agitation between the slag and the molten metal accelerates and the refining reaction approaches equilibrium, but the oxidation potential decreases as the bottom blowing gas flow increases in high-grade materials
in carbon where the oxidation potential is low in itself, so that the dephosphorization takes place to a lower degree. Consequently, the optimum gas flow rate is determined by the P content and by the by-products contained in the molten metal. It is difficult to measure the oxidation potential in the slag. Figures 10 and 11 show the relationships between the content <EMI ID = 16.1>
if we.
Table 1 gives a comparison between the process of the invention and the conventional process when argon gas is used in a t80 ton converter with gas blowing from below.
TABLE 1
<EMI ID = 17.1>
REMARKS: A: dimensions of the nozzle; B: number
used; C: gas pressure and flow in the setting range; D: mini
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nozzle by molten metal; G:
materials.
As can be seen, the invention offers a wide range for adjusting the gas flow rate and it improves durability.
table 2 gives the characteristics
<EMI ID = 19.1>
TABLE 2
<EMI ID = 20.1>
REMARKS: A: dimensions of the nozzle; H: stop
<EMI ID = 21.1>
blowing from below Nm3 / min, T; J: blowing stop; K: [P]%; L: total content of [Fe]%.
As can be seen from the following
<EMI ID = 22.1>
in low carbon steel, the blowing stop [P] is low and the total content of [Fe] in the slag is also low. When the carbon content is 0.4% in a high carbon steel, the bottom blowing gas flow could be set to a low value and the blowing stop [P] is low.
During the decarburization of low carbon steel, the bath is stirred by boiling CO so as to reduce the blowing gas flow from below. Compared to the basic unit
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conventional pipe, the same metallurgical characteristics can be obtained with a unit of 0.8 Nm3 / T in accordance with the present invention.
The gas flow rate can also be reduced to almost zero by maintaining the gas pressure at the static pressure of the molten steel plus the slag.
Figure 12 gives blowing diagrams.
CLAIMS
1. Nozzle for refining a molten metal, characterized in that it comprises a non-porous refractory material placed at the bottom or on the wall of a converter, several passages formed in this refractory material by means of metal pipes , an upper metal plate and a lower metal plate defining a reserve of gas communicating with the passages made in the base of the refractory material, a covering
<EMI ID = 24.1>
refractory and the sides of the gas reserve, as well as a gas pipe adapted to the lower metal plate, the metal pipe of each of the passages being connected to an opening made in the upper metal plate,