" Lance de soufflage pour le traitement de bains
métalliques dans des installations métallurgiques"
LANCE DE SOUFFLAGE POUR LE TRAITEMENT DE BAINS METALLIQUES
DANS DES INSTALLATIONS METALLURGIQUES
La présente invention concerne une lance de soufflage pour le traitement de bains métalliques dans des installations métallurgiques, qui se compose d'un tube métallique pourvu d'une enveloppe céramique réfractaire.
Du fait de l'évolution de la technologie dans le domaine métallurgique ainsi que de la tendance à l'augmentation des dimensions, de la capacité et de la productivité spécifique des appareillages des usines métallurgiques, on a mis au point dans la dernière décade de nombreux procédés de traitement d'acier susceptibles d'être appliqués en dehors des installations de fusion. Ces procédés ont été mis au point, en premier lieu, pour la désoxydation et la désulfuration des aciers.
L'idée d'ajouter des matières pulvérulentes aux bains de métaux en fusion a eu, en premier lieu, un effet favorable sur les tendances orientées vers les économies de matières ainsi que sur une plus grande efficacité des procédés, mais il faut noter que, dans la pratique, seule cette manière permet de conduire certaines opérations technologiques.
L'introduction de telles matières pulvérulentes ou granuleuses dans des bains métalliques est effectuée à l'aide de systèmes d'injection.
Parmi les systèmes d'injection, on classe également les lances de soufflage à l'aide desquelles différents gaz et, le cas échéant, des agents pulvérulents ou granuleux, peuvent être introduits en-dessous de la surface du bain de fusion.
Les lances connues se composent généralement d'un tube de cuivre à paroi épaisse qui est pourvu d'une enveloppe formée d'un matériau réfractaire.
Au cours de la fabrication de ce qu'on appelle un type de lance à utiliser une seule fois, on dépose, sur la périphérie du tube de cuivre, une masse réfractaire auto-durcissante, et ensuite on enfile sur celleci des éléments tubulaires constitués d'argile également réfractaire, généralement de la chamotte. Ensuite, on dépose sur ceux-ci à nouveau extérieurement une masse réfractaire et on sèche ensuite l'enveloppe.
Lors de la fabrication des lances à utiliser plusieurs fois, on coule, sur le tube de cuivre, une' enveloppe formée d'argile réfractaire liquide ayant une teneur en A1203 supérieure à 80% et on la fait ensuite calciner.
Un inconvénient fondamental des deux types de lances consiste en ce qu'elles sont extrêmement rigides et cassantes, ce qui conduit très fréquemment à leur détérioration en cours d'utilisation. Le bain de métal en fusion ne se trouve, en effet, jamais dans une condition de repos et il soumet ainsi la lance immergée à une condition de turbulence, de sorte qu'il se produit, dans l'enveloppe, des fissures et que la lance devient rapidement inutilisable.
Par ailleurs, une forte tendance à la fissuration de la grande différence entre les coefficients de dilatation thermique respectifs du tube de cuivre à paroi épaisse et de l'enveloppe. Du fait que les deux couches sont liées entre elles et qu'il se produit, lors de l'immersion dans le bain de fusion, un échauffement important de la lance, il se forme déjà des fissures simplement à cause de la différence entre les coefficients de dilatation thermique.
D'autres difficultés sont causées par l'échauffement des lances car la température des bains métalliques de fusion est généralement bien supérieure à 1000[deg.]C.
L'invention a, en conséquence, pour but de créer une lance qui soit moins rigide que les lances classiques, qui résiste relativement bien à la chaleur et qui ait, par conséquence, une durée de service bien supérieure à celle des lances antérieures.
Ce problème posé est résolu selon l'invention en ce que, dans le cas d'une lance pourvue d'une enveloppe céramique réfractaire, le tube métallique est formé de plusieurs couches entre lesquelles sont ménagés des canaux pour un agent de refroidissement, et en ce qu'il est prévu, entre le tube métallique et l'enveloppe, une couche élastique réfractaire.
Le tube métallique à plusieurs couches se compose, avantageusement, d'un tube intérieur de transport et d'un tube-enveloppe extérieur des nervures radiales étant disposées entre les deux tubes.
Dans les canaux pour agent de refroidissement situés entre le tube de transport et le tube-enveloppe, il est avantageusement prévu au moins une chambre de renvoi qu'on forme, par exemple, en donnant aux nervures situées sur la partie inférieure de la lance une longueur inférieure à celle du tube de transport et du tube-enveloppe. Le canal pour l'agent de refroidissement peut, cependant, aussi comporter des trous ménagés dans la partie inférieure des nervures.
Les canaux pour l'agent de refroidissement qui sont prévus entre le tube de transport et le tube-enveloppe peuvent être obturés par une plaque de fond ou par un appendice tubulaire. Avantageusement, l'appendice tubulaire est pourvu également d'un filetage extérieur assurant la fixation de l'embout de lance.
La couche élastique réfractaire prévue entre le tube métallique et l'enveloppe est avantageusement constituée par une bande d'amiante fixée autour du tube métallique, l'enveloppe proprement dite pouvant être constituée d'une seule couche coulée ou bien de plusieurs couches et tubes en chamotte.
Les lances réalisées conformément à l'invention sont bien plus élastiques que les lances de structure classique car il est prévu une couche élastique entre le tube métallique et l'enveloppe. De ce fait, l'enveloppe n'est soumise à aucune sollicitation résultant d'une différence entre les coefficients de dilatation thermique et elle oppose aussi une meilleure résistance à des influences mécaniques extérieures.
Un autre avantage important de la structure conforme à l'invention consiste en ce que le tube métallique est constitué de plusieurs couches et en ce que des canaux pour l'agent de refroidissement sont formés entre les couches. Cette particularité réduit, dans une large mesure, la sollicitation thermique de la lance.
Grâce aux caractéristiques de construction qui ont été définies ci-dessus, les lances conformes à l'invention ont une plus longue durée de service que les lances classiques, ce qui permet d'obtenir, dans le domaine considéré, des économies importantes non seulement à cause de la réduction du nombre de lances consommées, mais également parce que le nombre des bains de rebut s'en trouve réduit dans une forte proportion, ce qui est d'une importance essentielle, compte tenu des dimensions des poches.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente, en partie en coupe, une forme de réalisation d'une lance selon l'invention;
- la figure 2 est une coupe, faite sur la ligne II-II, de la lance représentée sur la figure 1;
- la figure 3 représente une autre forme de réalisation de la lance selon l'invention.
A l'intérieur de la lance représentée sur la figure 1, un tube de transport 1 et un tube-enveloppe 2 sont disposés concentriquement. Le tube de transport 1 et le tube-enveloppe 2 sont reliés, entre eux, par des nervures radiales 3. Les nervures sont soudées sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2. La partie inférieure des nervures 3 est pourvue de trous 4 pour le passage d'un agent de refroidissement entre les canaux orientés parallèlement entre eux. Sur la figure 2, qui est une vue en coupe de la figure 1, on peut voir que, pour la forme de réalisation représentée, le volume situé entre les deux tubes est divisé en quatre parties, c'est-à-dire qu'il est prévu quatre canaux pour l'agent de refroidissement.
Parmi ceux-ci, les canaux 5a canalisent avantageusement l'agent de refroidissement vers le bas, les canaux 5b vers le haut, l'agent de refroidissement passant des canaux 5a dans les canaux 5b par l'intermédiaire des trous 4.
A la partie inférieure de la lance, une tubulure d'obturation 6 est soudée sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2. Cette tubulure assure, d'une part l'obturation de la partie inférieure des canaux 5a et 5b et, d'autre part, à l'aide d'un filetage prévu sur sa périphérie extérieure, la fixation de l'embout 7 qui constitue l'extrémité ou la "pointe" de la lance. L'embout de lance 7 est pourvu d'une buse centrale qui est disposée coaxialement par rapport au canal central du tube de transport 1 et de la tubulure d'obturation 6.
Sur la périphérie extérieure du tube-enveloppe 2, est enroulé un cordon en amiante qui forme la couche élastique 9.
Sur cette couche 9 est déposée, une autre couche 10, d'argile réfractaire auto-durcissante. Pour former la dernière couche de l'enveloppe, des éléments tubulaires en chamotte sont enfilés sur la lance.
La figure 3 représente une autre forme de réalisation de la lance selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'intérieur de la lance est également constitué du tube de transport 1 et du tubeenveloppe 2, ainsi que des nervures 3 soudées entre les deux tubes. La partie inférieure de la lance est délimitée dans ce mode de réalisation par une plaque de fond 12, qui est soudée sur le tube de transport 1 et sur le tube-enveloppe 2: Cette plaque de fond 12 obture les canaux pour l'agent de refroidissement définisentre le tube de transport 1 et le tube-enveloppe 2 et elle porte les couches 10 et 13 qui sont déposées sur la couche élastique formée d'une manière analogue à ce qui a été représenté sur la figure 1.
La couche 10 se compose
-comme dans l'exemple précédemment décrit- d'argile réfractaire autodurcissante, la couche 13 est formée de béton réfractaire ayant une teneur en A1203 d'environ 80% et qui est coulée dans des gabarits sur la couche 10.
Pour définir la chambre de renvoi des canaux pour l'agent de refroidissement sont agencées, dans ce mode de réalisation, les nervures 3 sont plus courtes que le tube de transport 1 et le tube-enveloppe 2, de manière que l'agent de refroidissement puisse passer d'un canal dans l'autre entre le bord inférieur des nervures 3 et la plaque de fond 12.
Les structures représentées se sont avérées extrêmement efficaces en pratique et elles ont permis de mettre au point une technologie qui n'avait pas pu être envisagée avec les lances de type antérieur. Ainsi, il a été possible, à l'aide des présentes lances, extrêmement résistantes et élastiques, de commencer l'injection déjà au cours de la coulée. Cela signifie que la lance est introduite dans la poche de coulée déjà avant le début de la coulée et qu'aussitôt que l'écoulement du métal en fusion dans la poche commence, on peut amorcer l'injection.
Du fait que dans de telles circonstances, la lance est soumise simultanément à des efforts mécaniques et à l'action thermique du bain de métal en fusion, cette technologie n'avait pas pu être appliquée aux lances connues. Les lances agencées conformément à la présente invention peuvent, par contre, subir les sollicitations décrites ci-dessus sans être endommagées et elles ont permis de réaliser une injection même dans de l'acier fondu déversé d'une hauteur d'environ 6 m pendant une période d'environ 5 à 10 minutes.
Après le déversement, l'injection est poursuivie généralement encore pendant 15 à 20 minutes supplémentaires et, ensuite, une autre injection peut être effectuée au cours de la coulée et/ou après celleci.
Naturellement, la lance conforme à l'invention peut être également utilisée pour un injection classique dans des poches ou convertisseurs. Sa haute tenue est caractérisée par le fait que, alors que pour des traitements réalisés avec des lances classiques, on usait généralement quatre lances pour trois traitements et que neuf à dix bains ai maximum pouvaient être traités lorsqu'on utilisait des lances de la meilleure qualité; il est possible de traiter avec la lance conforme à l'invention facilement quinze bains de fusion.
Il est également remarquable que, alors qu'au cours des traitements réalisés avec des lances conformes à l'invention, on a effectué l'injection dans des poches de 120 tonnes, on a enregistré au total seulement un seul rebut du bain de fusion par suite d'un défaut de lance pour 410 bains de fusion (charges) traités.
Les considérations ci-dessus montrent que la lance selon l'invention permet d'obtenir, pour les traitements effectués conformément à la technologie classique, une durée de service qui est considérablement supérieure à celle des lances connues et garantit, ainsi, une technologie de qualité et qu'elle permet, en outre, d'utiliser de nouvelles technologies qui n'auraient pas pu être mises en oeuvre avec les lances connues.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Lance de soufflage pour le traitement de bains de métaux en fusion dans des installations métallurgiques, comportant un tube métallique pourvu d'une enveloppe céramique réfractaire, caractérisée en ce que le tube métallique est formé de plusieurs couches entre lesquelles sont ménagés des canaux (5a, 5b) pour un agent de refroidissement et en ce qu'une couche élastique réfractaire (9) est disposée entre le tube métallique et l'enveloppe.
"Blowing lance for bath treatment
metal in metallurgical plants "
BLOWING LANCE FOR THE TREATMENT OF METAL BATHS
IN METALLURGICAL INSTALLATIONS
The present invention relates to a blowing lance for the treatment of metal baths in metallurgical installations, which consists of a metal tube provided with a refractory ceramic envelope.
Due to the evolution of technology in the metallurgical field as well as the tendency to increase the dimensions, the capacity and the specific productivity of the metallurgical plant equipment, we have developed in the last decade many steel treatment processes which can be applied outside the melting plants. These processes were first developed for the deoxidation and desulfurization of steels.
The idea of adding pulverulent materials to the molten metal baths had, first of all, a favorable effect on the trends oriented towards material savings as well as on a greater efficiency of the processes, but it should be noted that, in practice, only this way allows certain technological operations to be carried out.
The introduction of such pulverulent or granular materials into metal baths is carried out using injection systems.
Among the injection systems, the blowing lances are also classified with the aid of which different gases and, where appropriate, pulverulent or granular agents, can be introduced below the surface of the melt.
Known lances generally consist of a thick-walled copper tube which is provided with an envelope formed of a refractory material.
During the manufacture of what is called a type of lance to be used only once, one deposits, on the periphery of the copper tube, a self-hardening refractory mass, and then one threads on it tubular elements made up of clay also refractory, generally chamotte. Then, a refractory mass is deposited thereon again and the envelope is then dried.
During the manufacture of the lances to be used several times, a casing formed of liquid refractory clay having an Al 2 O 3 content greater than 80% is poured onto the copper tube, and it is then calcined.
A fundamental drawback of the two types of lances is that they are extremely rigid and brittle, which very often leads to their deterioration during use. The bath of molten metal is, in fact, never in a state of rest and it thus subjects the submerged lance to a condition of turbulence, so that there occurs, in the envelope, cracks and that the lance quickly becomes unusable.
In addition, a strong tendency to cracking of the large difference between the respective coefficients of thermal expansion of the thick-walled copper tube and the envelope. Due to the fact that the two layers are linked together and that during the immersion in the molten bath, a significant heating of the lance occurs, cracks are already formed simply because of the difference between the coefficients thermal expansion.
Other difficulties are caused by the heating of the lances because the temperature of the metal melting baths is generally much higher than 1000 [deg.] C.
The invention therefore aims to create a lance which is less rigid than conventional lances, which is relatively resistant to heat and which consequently has a service life much longer than that of previous lances.
This problem is solved according to the invention in that, in the case of a lance provided with a refractory ceramic envelope, the metal tube is formed of several layers between which are formed channels for a cooling agent, and in what is provided, between the metal tube and the envelope, a refractory elastic layer.
The multi-layer metal tube advantageously consists of an internal transport tube and an external envelope tube, the radial ribs being disposed between the two tubes.
In the channels for coolant located between the transport tube and the envelope tube, there is advantageously provided at least one deflection chamber which is formed, for example, by giving the ribs located on the lower part of the lance a length shorter than that of the transport tube and the tube-envelope. The coolant channel may, however, also have holes in the bottom of the ribs.
The channels for the coolant which are provided between the transport tube and the envelope tube can be closed by a bottom plate or by a tubular appendage. Advantageously, the tubular appendage is also provided with an external thread ensuring the attachment of the lance tip.
The refractory elastic layer provided between the metal tube and the envelope is advantageously constituted by a strip of asbestos fixed around the metal tube, the envelope itself being able to consist of a single cast layer or of several layers and tubes in chamotte.
The lances produced in accordance with the invention are much more elastic than the lances of conventional structure because an elastic layer is provided between the metal tube and the envelope. Therefore, the envelope is not subjected to any stress resulting from a difference between the coefficients of thermal expansion and it also opposes better resistance to external mechanical influences.
Another important advantage of the structure according to the invention consists in that the metal tube consists of several layers and in that channels for the coolant are formed between the layers. This feature greatly reduces the thermal stress on the lance.
Thanks to the construction characteristics which have been defined above, the lances according to the invention have a longer service life than conventional lances, which makes it possible to obtain, in the field considered, significant savings not only at because of the reduction in the number of spears consumed, but also because the number of waste baths is reduced in a large proportion, which is of essential importance, given the dimensions of the pockets.
Other characteristics and advantages of the invention will be highlighted in the following description, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
- Figure 1 shows, partly in section, an embodiment of a lance according to the invention;
- Figure 2 is a section on line II-II of the lance shown in Figure 1;
- Figure 3 shows another embodiment of the lance according to the invention.
Inside the lance shown in FIG. 1, a transport tube 1 and an envelope tube 2 are arranged concentrically. The transport tube 1 and the envelope tube 2 are connected together by radial ribs 3. The ribs are welded to the transport tube 1 and to the envelope tube 2. The lower part of the ribs 3 is provided with holes 4 for the passage of a coolant between the channels oriented parallel to each other. In FIG. 2, which is a sectional view of FIG. 1, it can be seen that, for the embodiment shown, the volume located between the two tubes is divided into four parts, that is to say that four channels are provided for the coolant.
Among these, the channels 5a advantageously channel the coolant downwards, the channels 5b upwards, the coolant passing from the channels 5a into the channels 5b via the holes 4.
At the lower part of the lance, a sealing tube 6 is welded to the transport tube 1 and to the casing tube 2. This tube ensures, on the one hand, the sealing of the lower part of the channels 5a and 5b and, on the other hand, using a thread provided on its outer periphery, the attachment of the nozzle 7 which constitutes the end or the "tip" of the lance. The lance tip 7 is provided with a central nozzle which is arranged coaxially with respect to the central channel of the transport tube 1 and of the closure tube 6.
On the outer periphery of the tube-envelope 2, an asbestos cord is wound which forms the elastic layer 9.
Another layer 10, of self-hardening refractory clay, is deposited on this layer 9. To form the last layer of the envelope, tubular chamotte elements are threaded onto the lance.
FIG. 3 represents another embodiment of the lance according to the invention. In this embodiment, the interior of the lance also consists of the transport tube 1 and the casing 2, as well as ribs 3 welded between the two tubes. The lower part of the lance is delimited in this embodiment by a bottom plate 12, which is welded to the transport tube 1 and to the envelope tube 2: This bottom plate 12 closes the channels for the defined cooling between the transport tube 1 and the envelope tube 2 and it carries the layers 10 and 13 which are deposited on the elastic layer formed in a manner analogous to that which has been shown in FIG. 1.
Layer 10 consists
-as in the example described above- of self-hardening refractory clay, the layer 13 is formed of refractory concrete having an Al 2 O 3 content of approximately 80% and which is poured into templates on the layer 10.
To define the return chamber of the channels for the coolant are arranged, in this embodiment, the ribs 3 are shorter than the transport tube 1 and the jacket tube 2, so that the coolant can pass from one channel into the other between the lower edge of the ribs 3 and the bottom plate 12.
The structures shown have proved to be extremely effective in practice and have made it possible to develop a technology which could not have been envisaged with the lances of the prior type. Thus, it was possible, using the present lances, extremely resistant and elastic, to start the injection already during the casting. This means that the lance is introduced into the ladle already before the start of casting and that as soon as the flow of molten metal in the ladle begins, the injection can be started.
Because in such circumstances, the lance is subjected simultaneously to mechanical forces and to the thermal action of the molten metal bath, this technology could not have been applied to known lances. The lances arranged in accordance with the present invention can, on the other hand, undergo the stresses described above without being damaged and they have made it possible to carry out an injection even in molten steel spilled from a height of approximately 6 m for a period of approximately 5 to 10 minutes.
After the spill, the injection is generally continued for another 15 to 20 minutes, and then another injection can be made during pouring and / or after it.
Naturally, the lance according to the invention can also be used for conventional injection into bags or converters. Its high resistance is characterized by the fact that, while for treatments carried out with conventional lances, four lances were generally used for three treatments and that nine to ten baths maximum could be treated when using the best quality lances ; it is possible to treat with the lance according to the invention easily fifteen fusion baths.
It is also remarkable that, while during the treatments carried out with lances according to the invention, the injection was carried out in 120-ton bags, a total of only one scrap of the molten bath was recorded per following a lance failure for 410 melt baths (charges) treated.
The above considerations show that the lance according to the invention makes it possible to obtain, for the treatments carried out in accordance with conventional technology, a service life which is considerably greater than that of known lances and thus guarantees quality technology. and that it also makes it possible to use new technologies which could not have been implemented with known lances.
Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and shown, but it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. 'invention.
CLAIMS
1.- Blowing lance for the treatment of baths of molten metals in metallurgical installations, comprising a metal tube provided with a refractory ceramic envelope, characterized in that the metal tube is formed of several layers between which channels are formed (5a, 5b) for a cooling agent and in that a refractory elastic layer (9) is arranged between the metal tube and the envelope.