CA1178052A - Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygene, pour le traitement des metaux en fusion - Google Patents

Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygene, pour le traitement des metaux en fusion

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CA1178052A CA000392350A CA392350A CA1178052A CA 1178052 A CA1178052 A CA 1178052A CA 000392350 A CA000392350 A CA 000392350A CA 392350 A CA392350 A CA 392350A CA 1178052 A CA1178052 A CA 1178052A
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Abstract

Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène pour le traitement des métaux en fusion, comprenant un nez pourvu de deux catégories d'ouvertures: une catégorie principale débouchant sur la face frontale et servant pour un soufflage à forte impulsion et une catégorie annexe pour un soufflage à impulsion réduite. La lance selon l'invention se caractérise en ce que les ouvertures de la catégorie annexe se présentent sous la forme de fentes successives (6) disposées selon un cercle, entourant la catégorie d'ouvertures principales (3) à une distance comprise entre 2 et 20 cm environ et, de toute façon, situées sur la face frontale du nez. L'invention s'applique préférentiellement à l'affinage à l'oxygène de la fonte et permet d'améliorer le taux de combustion secondaire des gaz de réaction tout en prolongeant la durée de vie des nez de lance. La lance selon l'invention est avantageusement mise en oeuvre, conjointement avec l'insufflation dans le bain métallique d'un gaz de brassage au travers d'éléments réfractaires perméables montés dans le fond du récipient.

Description

1 1~8~2 La présente invention concerne une lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygane, destinée à
être placée au-dessus d'un bain de métal en fusion dans un creuset en vue d'un traitement métallurgique, en particulier au-dessus d'un bain de fonte en vue de son affinage en acier.
Plus précisément, l'invention se rapporte aux lances dont le nez comporte, en plus des ouvertures princi-pales habituelles débouchant sur la face frontale de l'em-bout et servant pour le soufflage d'oxygane sous forme de jets ~ forte impulsion pour l'affinage proprement dit (oxydation des impuretés du bain métallique), des ouvertu-res annexes (ou secondaires) pour le soufflage d'un courant d'oxygene ~ faible vitesse destiné a améliorer le taux de combustion secondaire des gaz d'affinage.
On rappelle que le "nez" de la lance constitue l'extr~mité par laquelle sort l'oxygène d'affinage en direc-tion du bain. En général, le "nez" est une plece creuse en cuivre, rapportée en bout du corps de lance.
On rappelle également que l'on entend par "face frontale" la partie du nez tournée en regard du bain métal-lique contenu dans le creuset.
Il est rappelé par ailleurs que le taux de com-bustion secondaire traduit la proportion de CO2 dans les gaz de réaction, ce CO2 étant obtenu par oxydation du CO
qui se dégage du bain métallique suite a la décarburation de ce dernier par l'oxygane d'affinage.
Des lances polyvalentes de ce type existent déjà.
Toutefois~ des progres sont encore possibles, tant en ce qui concerne l'augmentation de la combustion secondaire des gaz de réaction que la durabilité des nez de lance.
Tels sont les buts de la présente invention.

~ 17~2 A cet effet, l'invention a pour objet une lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, pour l'affinage des métaux en fusion, en particulier d'un bain de fonte, dont le nez de lance comporte deux catégo-ries d'ouvertures: des ouvertures principales débouchdnt sur la face frontale du nez et servant pour l'insuffla-tion d'oxygene ~ forte impulslon et au moins une ouverture annexe pour le soufflage d'un courant d'oxyg~ne ~ faible vitesse, lance caractérisée en ce que l'ouverture annexe est constitu~e par plusieurs fentes placées ~ distance les unes dans le prolongement des autres selon une confi-guration d'ensemble annulaire ento~urant ~ une distance, comptée bord à bord, comprise entre 2 et 20 cm environ, l'ouverture principale ou le groupe formé par les ouver-tures principales, et en ce que lesdites fentes débouchent sur la face frontale du nez.
L'idee-m~re ~ la base de l'invention consiste, comme on l'aura sans doute déjà compris, à créer dès la sortie de lance, ou du moins le plus tôt possible après la sortie, une nappe continue d'oxygene qui s'épanouit en forme de "parapluie" autour des jets principaux en se dirigeant vers le bain metallique.
: Pour cela, il est judicieux que les ouvertures secondaires se présentent non pas sous la forme d'orifi-ces circulaires, mais au contraire sous la forme de fen-tes plus ou moins allongées, disposées annulairement autour des ouvertures principales, les unes ~ la suite des autres.
L'invention résulte des considérations essen-tielles suivantes:
~ 30 Pour obtenir un taux de combustion secondaire ,- élevé, il faut que le ou les courants d'oxygène qui créent , .

: , :

1 ~78~ 2 l'atmosphère oxydante nécessaire soient, dès l'origine, c'est-3-dire le plus tôt possible après la sortie de la lance, non pas confin~s en jets localisés sur l'axe des ouvertures, mais au contraire diffusés latéralement le plus largement possible. Les jets se réunissent alors à
faible distance de la lance pour former rapidement une nappe gazeuse conique, centrée sur le nez de la lance et qui encercle les jets principaux en recouvrant le bain métallique ~ distance. Dans ces conditions, on forme au-dessus de celui-ci un écran d'oxygène que le CO se déga-geant du bain doit obligatoirement traverser.
Par ailleurs, il a pu être constat~ que prati-quement tous les nez de lance connus s'usent préférentiel-lement entre les ouvertures principales et ceci malgré les efforts réalisés pour améliorer l'efficacité de leur refroidissement par circulation d'eau interne. Grâce a leurs travaux de recherche, les inventeurs ont pu établir que cette usure, responsable d'une mise au rebut précoce des nez de lance, avait pour cause prépondérante des phé-nom~nes d'aspiration provoquant des recirculationsgazeuses autour des jets d'oxygene a forte impulsion.
Ainsi, les gaz très chauds présents dans l'atmosphere au-dessus du bain et chargés en particules solides sont loca-lement aspirés vers la lance et viennent éroder la surface du nez autour des orifices principaux d'oxygène et en particulier, les zones situées entre ces orifices, puis-que c'est là que s'additionnent les effets de recircula-tion propres à plusieurs jets principaux voisins.
Grace à la présence d'orifices annexe en forme de fentes, conformément a l'invention, on modifie favora-blement les écoulements gazeux contre le nez de lance, de:

1 1780;)2 sorte que les phénomènes d'usure par recirculation des gaz chauds sont considérablement réduits.
En conformité avec l'invention, un tel résul-tat est atteint lorsque les fentes sont éloignées des ouvertures principales d'une distance comprise entre 2 et 20 cm environ, cette distance étant comptée de bord a bord, car la section des orifices concernés intervient peu.
Si les fentes sont localisées trop près (à moins de 2 cm approximativement), la recirculation ga2euse autour des jets principaux est certes supprimée, mais les courants d'oxygène a la sortie des fentes sont mis en accélération par l'effet d'entraînement des jets principaux, de sorte, qu'en définitive, cela revient à déplacer le problème de l'usure autour des fentes secondaires. De plus, cette mise en accélération est opposée à la diffusion latérale des courants secondalres, si bien que, dans le meilleur des cas, la formation d'une nappe conique homogène d'oxygène au-dessus du bain est retardée et la combustion secon-daire diminue.
Par contre, si les fentes sont placées trop loin, à savoir à plus de 20 cm environ, elles n'ont prati-quement plus d'influence sur l'aérodynamique au voisinage des jets principaux d'oxygène. Toutefois, les fentes secondaires ne doivent pas pour autant être placees sur le flan latéral du nez car sinon, l'effet recherché n'est pas obtenu.
On va maintenant illustrer ce qui vient d'etre dit à l'aide des planches de dessins annexées sur les-quelles les figures 1 et 2, représentent schématiquement ! ~ 30 un nez de lance selon l'invention vu du dessous, c'est-~-dire vu du bain de métal ~ traiter, et la figure 3` est une .
- , ' ~

1 1780~2 vue en coupe verticale selon le plan axial AA de la figure 2.
Sur les figures, on voit en 1 la face frontale du nez de lance 2. Cette face, de forme senslblement plane, présente dans sa partie centrale trois orifices principaux 3 pour le soufflage de jets d'oxygane a forte impulsion (oxygane d'affinage).
A une distance notée "d" compris0, comme on l'a dit, entre 2 et 20 cm environ du bord des orifices 3, sont ménagaes des ouvertures pour la sortie des courants d'oxygène ~ faible impulsion, destinés ~ former une nappe conique continue entourant les jets principaux et recou-vrant la surface du bain métallique a affiner.
En conformité avec l'invention, ces ouvertures annexes peuvent présenter de nombreuses variantes de con-ception, allant depuis une configuration en petites fentes multiples 6 ~figure 2) pratiquement rectilignes, en passant par des configurations a fentes en arc de cercle plus ou moins allongées, telles que 5 (figure 1).
Il doit être souligné en effet que l'écran gazeux de forme conique recherché peut être réalisé a partir d'une succession de fentes espacées (figures 1 et
2). L'intéret de cette forme de réalisation est de pouvoir : ménager entre les fentes, des petits ponts qui facilitent l'aménagement d'un circuit d'eau de refroidissement ~ l'in-tarieur du nez de lance. Dans ce cas cependant, il est :~ avantageux de prévoir des fentes a profil divergent dans le sens du soufflage pour permettre une meilleure diffu-. sion latérale des différents courants d'oxygene secon-daire qui peuvent alors se rejoindre rapidement das leur sortie des fentes, pour former le plus tôt possible 1 178~')2 l'écran gazeux uniforme recherché. A cet effet, les petits côtés des fentes ont ét~ chanfreinés. Ces ~hanfreins sont bien visibles en lS sur la figure 2.
La figure 3 montre le nez de lance 2 en coupe verticale tel que monté ~ l'extrémite basse du corps de lance, lequel est constitué de la manière habituelle par trois tubes concentriques 8, 9 et 10. Ainsi qu'on peut s'en rendre compte, le nez 2 est une piece creuse en cui-vre, moulée de façon à ménager des passages centraux 11 qui débouchent sur la face frontale 1 par les ouvertures
3 déjà citées. Cette pièce est ensuite percée par usinage et des canons en cuivre 12 sont placés dans les perçages ainsi réalisés. Ces canons présentent une section de pas-sage 13 de forme oblongue dans la direction perpendiculaire au plan de la figure et débouchent en face frontale 1 par les fentes 6.
Un cloisonnage interne 14, qui peut être rap-porte ou moulé d'origine avec le nez, partage le volume intérleur du nez en deux compartiments, intérieur 15 et extérieur 16, communiquant entre eux par des passages annulaires 17 ménagés autour des passages principaux 11.
De cette façon, on réalise ~ l'intérieur du neæ un cir-cuit d'eau de refroidissement étanche qui irrigue effica-cement toute la face frontale 1. La circulation de l'eau est indiquee par des flèches.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples décrits, mais s'étend ~ de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les carac-téristiques techniques énoncées dans les revendications jointes.
Par ailleurs, il est clair que la mise en :

1 17~0.j2 oeuvre pratique de l'invention suppose que des moyens ~ont prévus qui permettent de dlfferencier les vitesses de soufflage de l'oxygene entre les jets prlncipaux forte impulsion destinés ~ l'affinage, et les jets secondaires ~ plus faible quantité de mouvement destinés à former l'écran gazeux.
Ces moyens peuvent être purement constructifs, le calibre relatif des passages 13 assurant la r~partition des débits (figure 3), ou plus élaborés pour permettre des réglages dynamiques et indépendants des flux gazeux ~ par-tir, par exemple, de deux alimentations séparées en oxy-gène et d'un corps de lance à double flux.
D'autre part, l'invention est d'application générale à tout traitement ~ l'oxygène de bains métalli-ques carburés contenus dans un réclpient métallurgique.
De préférence, elle s'appliaue conjointement avec une opération de brassage du bain obtenu par une insuffla-tion de gaz de brassage (gaz neutre ou éventuellement oxydant) au travers des tuyères ou d'éléments refractai-res aéroperméables incorporés en paroi du récipient, àun niveau inférieur à celui du bain, et plus généralement, dans le fond du récipient. C'est en effet dans les condi-tions opératoires précitées que les meilleurs résultats sur le plan de la combustion secondaire ont pu être enre-gistrés à ce jour par les inventeurs, notamment en raison du fait, semble-t-il, que le brassage pneumatique du bain par insufflation d'un gaz par le fond est de nature ~ sta-biliser la hauteur de couche du laitier, donc également, la distance séparant l'extrémité de la lance de la sur-face de laitier.

.~

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, pour le traitement des métaux en fusion, en particulier pour l'affinage d'un bain de fonte en acier, et comprenant un nez de lance pourvu de deux catégories d'ouvertures: au moins une ouverture principale pour le soufflage de jets gazeaux à forte impulsion et débouchant sur la région centrale de la face frontale du nez de lance, et au moins une ouverture annexe pour le soufflage de courants gazeux à impulsion sensiblement plus faible, caractérisée en ce que l'ouverture annexe est constituée par plusieurs fentes placées à distance les unes dans le prolongement des autres selon une configuration d'ensemble annulaire entourant à une distance, comptée bord à bord, comprise entre 2 et 20 cm environ, l'ouverture principale ou le groupe formé par les ouvertures principales, et en ce que lesdites fentes débouchent sur la face frontale du nez.
2. Lance de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fentes présentent un profil divergent dans le sens du soufflage gazeux.
3. Lance de soufflage selon la revendication 2, caractérisée en ce que les petits côtés des fentes sont chanfreinés.
4. Installation sidérurgique pour l'affinage à l'oxygène d'un bain de fonte contenu dans un récipient, comprenant: une lance de soufflage d'oxygène comprenant un nez de lance pourvu de deux catégories d'ouvertures:
au moins une ouverture principale pour le soufflage de jets gazeux à forte impulsion et débouchant sur la région centrale de la face frontale du nez de lance, et au moins une ouverture annexe pour le soufflage de courants gazeux à impulsion sensiblement plus faible, l'ouverture annexe étant constituée par plusieurs fentes placées à distance les unes dans le prolongement des autres selon une configuration d'ensemble annulaire entourant à une distance, comptée bord à bord, comprise entre 2 et 20 cm environ, l'ouverture principale ou le groupe formé par les ouvertures principales, et lesdites fentes débouchant sur la face frontale du nez; et des moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain, incor-porés en paroi du récipient à un niveau inférieur à celui du bain.
5. Installation selon la revendication 4, caractéri-sée en ce que les moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain sont des éléments réfractaires aéropermé-ables.
6. Installation selon la revendication 4, carac-térisée en ce que les moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain sont des tuyères.
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