CA1323756C - Lance de soufflage d'oxygene - Google Patents

Lance de soufflage d'oxygene

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Abstract

L'invention concerne une lance pour l'affinage de métaux ou de ferro-alliages par soufflage d'oxygène par le haut, comportant une tête présentant une embouchure d'au moins une tuyère guidant un jet d'oxygène ayant une vitesse supersonique. Une chambre est intercalée entre l'embouchure de la tuyère et l'embouchure de la tête de lance, la chambre s'évasant progressivement depuis l'embouchure de la tuyère pour se rétrécir vers l'embouchure de la tête de lance. Au moins une embouchure d'au moins un conduit latéral aboutit dans la chambre, au voisinage de l'embouchure de la tuyère. Chacun des conduits latéraux est relié à une source de gaz et comporte une vanne individuelle de régulation de débit. La lance suivant l'invention permet de dévier le jet d'oxygène et de déplacer le point d'impact sur la surface du bain, à volonté et à vitesse variable, sans interruption du soufflage.

Description

13~3756 L'invention concerne une lance de soufflage pour l'affinage de métaux ou de ferroalliages par soufflage d'oxygène par le haut.
Une lance de soufflage d'oxygène comprend norma-lement au moins une tuyère verticale destinee à fournir un jet d'oxygene pour l'affinage proprement dit. Elle peut en plus comprendre au moins une tuyère laterale, destinee à
fournir un jet d'oxygène, plus mou que le jet vertical, pour bruler le monoxyde de carbone forme au cours de l'affinage et creer un surplus d'energie thermique ~voir, par exemple, le brevet luxembourgeois 78.906) ainsi qu'eventuellement une tuyère guidant ~es matières solides suspendues dans un gaz porteur (voir~ par exemple, le brevet luxembourgeois 84.433).
Le jet vertical frappe le surface du bain et doit présenter une impulsion suffisante pour traverser la couche de scorie ou pour la refouler, en vue d'atteindre le métal.
Il est également nécessaire que le jet provoque un brassage de la scorie avec le bain, pour accélérer les réactions métallurgiques entre ces deux phases liquides.
Il est bien entendu que le point d'impact du jet sur la surface du bain est fixe et se situe plus ou moins au centre de cette surface. On sait depuis longtemps qu'il ¦ serait avantageux de pouvoir deplacer ce point d'impact d'une manière contrôlée, et ceci afin de mieux distribuer la chaleur intense qui règne au point d'impact et d'intensifier l'effet de brassage. Ainsi, on a proposé des lances dont l'axe principal est incline et où la lance entière peut osciller autour de la verticale. On a également conçu des * '"''.~''"'"~' ~:
" . ' ' ' -1- ' '. ' ,,.
1 3 2 3 7 ~
têtes de lance dont l'embouchure presente des moyens mecani-ques capables de dévier le jet d'oxygène, ces moyens etant eux-mêmes mobiles et telecommandes.
Le desavantage commun à toutes ces solutions proposees, réside dans la nécessite de faire fonctionner des moyens mecaniques qui sont tous exposés à une chaleur intense, à des poussières en grandes quantites et à l'action de l'oxygène, si bien que l'on rencontre dans la presque totalite des aciéries des lances de soufflage convention-nelles à jet principal unidirectionnel.
.,: . ' ' ~ ' ~Le but de la présente invention est de concevoir June lance capable de fournir un jet de gaz dirigeable, dans ~ ;
¦laquelle les moyens mécaniques mobiles sont réduits à un ~' ~
Jminimum pour éviter les problèmes énoncés plus haut. ~ ~ ;
. ,~ ~, iL'invention a donc pour objet une lance pour !:'~.:':~'' ' :," ,': ",:
~l'affinage de métaux ou de ferro-alliages par soufflage ~ ~
., .-: ., . ~
d'oxygène par le haut, comportant une tête présentant une ~-lembouchure d'au moins une tuyère guidant un jet d'oxygène -: : .,:.:
ldestiné à l'affinage ayant une vitesse supersonique. La -~20 lance selon l'invention est caractérisée en ce qu'une chambre est intercalée entre l'embouchure de la tuyère et l'embouchure de la tête de lance, la chambre s'évasant progressivement depuis l'embouchure de la tuyère pour se rétrécir yers l'embouchure de la tête de lance. Au moins , , une embouchure d'au moins un conduit latéral aboutit dans la chambre, au voisinage de l'embouchure de la tuyère. Chacun des conduits latéraux est relié à une source de gaz et comporte une vanne individuelle de régulation de débit.
. ~: -':j .. ~''" '.~
;i ::: . . ::, .
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13237~6 . ~.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'in- ~ -vention, au moins trois conduits latéraux sont disposés ~ ~ -symétriquement autour de l'embouchure de la tuyère.
De préférence, la chambre est de révolution et présente sensiblement la forme d'une poire tronquée des - ;-côtés supérieur et inférieur. Le profil intérieur de cette chambre est avantageusement dimensionné de manière à ce que ~ -: . .
l'angle du profil, à la sortie de la tete, correspond à
l'angle de déviation du jet, tel que désiré.
10L'embouchure de la tuyère et l'embouchure de la ! tete de lance ont préférablement des dimensions comparables.
Si l'on souffle à travers une tuyère verticale un jet d'oxygène, ce jet aura une direction verticale et se comportera de manière conventionnelle, bien connue par les aciéristes. Or, si l'on souffle en meme temps de l'oxygène, ou n'importe quel autre gaz, par une tuyère latérale, il est .. . .-.
créé dans la chambre une zone de surpression qui s'étend depuis l'embouchure de la tuyère latérale à la sortie de la tête et qui provoque une déviation du jet sortant de l'ori-fice de la tête. Il est bien entendu que l'on munira les : . .tuyères latérales de vannes de réglage du débit de gaz, afin de creer à l'interieur de la chambre les conditions néces-saires pour former le jet, tant du point de vue de son impulsion que du point de vue de sa direction, ou plus précîsément de son angle de déviation par rapport à la verticale.
Un avantage majeur realisable à l'aide de l'in-vention réside dans le fait qu'elle permet de devier le jet I d'oxygène et de deplacer~le point d'impact sur la surface du ¦ 30 bain, à volonte et à vitesse variable, sans interruption du - ~..
"' ..., . .' ~' . '; ' ' '.- ' -3- : -: '': . ~' :: :' ., . ,. ~

; soufflage. Il en résulte un élargissement virtuel de la zone d'impact et un brassage plus prononce du metal avec la scorie en surface du bain. A côte des effets favorables sur le processus d'affinage, le deplacement du point d'impact provoque également un élargissement de la zone de postcom- -bustion ~voir à ce sujet le brevet luxembourgeois No.
81.207). Un autre avantage offert par l'invention réside - -~
dans une distribution plus poussée de la chaleur qui règne au point d'impact, si bien que d'un coté la température du ;~
bain peut monter et que d~ l'autre coté la zone de chaleur intense, où il existe le risque de la nitruration, peut être -i déplacée et par ce fait diluée.
~ D'autres avantages et caractéristiques de l'in-'~ vention apparaitront plus clairement à la lecture de la deescription ci-après de modes de réalisation préférés tels ~ qu'illustrés de façon non-limitative dans les dessins i¦ ci-joints, dans lesquels:
~ la fig. 1 est une coupe longitudinale schématique à
travers la tete d'une lance selon l'invention; et - la fig. 2 est un schéma representant la variabilité de l'emplacement du point d'impact du jet, suivant une forme d'execution de la tete de lance.
-~ On distingue en fig. 1 une partie (sans tuyères i secondaires etc.) d'une tete de lance 1 avec des moyens de ~ -~
refroidissement par circulation d'eau 2. La tuyère vertica-le 4 guide un jet d'oxygène d'affinage 3, dont les proprié- ', , ', ~i~i, .
tes physiques sont déterminées par la pression de la source d'oxygène, la vanne de réglage du débit et le profil et le s dimensionnement des conduits d'oxygène depuis la source 30 jusqu'à la chambre 6 située dans le prolongement de la ; '.'' :: ~'. ' :':" ~ '' 9 _4_ ~ ~~
:~ ., '."',: ':
13237~6 tuyère 3. Cette chambre 6, qui relie la tuyère 4 à l'embou- .
chure 7 de la lance, a une longueur de quelques 30 cmi elle n'aurait qu'une influence negligeable sur la dynamique du ~:.
jet d'oxygène 3 (legère augmentation de vitesse, fonction de - -la section d'embouchure 7) s'il n'y avait, au voisinage de ;. .
l'endroit 9 où la tuyère 4 s'evase dans la chambre 6, l'embouchure 5 de plusieurs conduits lateraux 10. Pour ne ~ :
., -- :-pas surcharger la figure, on n'a represente qu'un seul conduit lateral, mais dans la variante decrite, il y a huit ~ 10 embouchures 5, disposees symetriquement autour de l'embou-.~/ chure 9 de la tuyère 4. Ces conduits guident un gaz, qui :7 est de preference de l'oxygène ou de l'air, de façon que sa direction d'ecoulement près de l'embouchure 5 soit pratique-ment transversale à celle du jet principal d'oxygène 3. Le débit de gaz traversant les différents conduits 10 est regle par l'intermédiaire de vannes 11, qui peuvent etre du type ~ on-off.
f, La chambre 6 presente sensiblement la forme d'une 3 poire, tronquee des côtes superieur et inferieur. La section de l'embouchure 7 est comparable à celle de l'en-~ droit 9 où la chambre est raccordee a la tuyère 4. Le .~ profil de l'evasement près de la tuyère 4 est peu critique .:~ mais doit être assez prononce pour réaliser sur une distance de quelques dizaines de cm une deviation progressive du jet jusqu'3 la déviation A désirée. A l'approche de l'embouchu-1~ re 7, l'angle que prend le profil interieur de la chambre ~ avec l'axe longitudinal BB' de la tuyère 4 tend vers l'angle de déviation A desire. Il s'ensuit que le profil intérieur de la chambre 6 est realise en tenant compte de la distance embouchure 7 - surface du bain ainsi que des dimensions du ,! . :' .':
, ~5~
~3 2 37 5 6 . .. :.. .
~ ... . . . ...
....
convertisseur ou, plus précisément, de la section horizonta-le du convertisseur à la hauteur normale du niveau du bain. ;
La chambre 6 peut être de révolution ou présenter vis à vis , -, de chaque embouchure 5 des rainures dans lesquelles le jet 3 dévié vient se loger. Ces rainures peuvent avoir une -: .:
profondeur telle qu'elles entourent un tiers de la section du jet 3 et présenter éventuellement une disposition en i spirale autour de l'axe BB'. Dans cette dernière forme d'exécution, le corps de lance est le siège, non seulement 10 d'une force de réaction qui passe par l'axe BB', mais - ,.
également d'un couple de rotation.
~- Le fonctionnement du dispositif est le suivant.
Au départ uniquement la tuyère 4 est reliée à la source d'oxygène, les différentes vannes-ll sont fermées; un jet dur et vertical d'oxygène primaire frappe la surface du bain. Dès qu'une déflection du jet est désirée, une des vannes 11 est actionnée et un jet de gaz pénètre dans la chambre 6 et créé une zone de surpression 8, hachurée.
3 Cette zone de surpression provoque une déviation du jet 3 ~ 20 qui s'appuie, tout en gardant sa forme, contre la paroi de 3 la chambre qui est opposée à l'embouchure 5 qui crée la zone ; ~
de qurpression 8. Par suite de phénomènes d'aspiration par ~ ;
~ le jet d'oxygène primaire, la quantité de gaz nécessaire ¦ pour créer la poche 8 est substantielle; par contre, dès que i le jet de gaz 3 est devie, il ne faut plus qu'une quantité
. :. .. ..
de gaz minime pour conserver la zone de surpression et maintenir~le jet dévie.
Une forme d'execution possible prévoit de comman~
. .
der à l'aide d'un ordinateur les différentes vannes 11 en ' 1 30 fonction du déroulement du processus d'affinage. En ou-',~ ":" '' .
... .
j -6-: ' ,. ~ .
' '. ' " :~ .
~3237~
vrant, en fonction de la distribution de la température dans le convertisseur (profil de température à la surface du bain et profil de température au-dessus du bain conditionné par la combustion du monoxyde de carbone) une à une les diffé~
rentes vannes 11, on peut promener le point d'impact suivant un trajet plus ou moins circulaire sur la surface du bain.
On peut egalement ouvrir et refermer une après l'autre les vannes 11 à une fréquence préétablie, ce qui aura comme effet de réaliser tantôt un point d'impact central et tantot un point d'impact qui se déplace sur des segments de cercle ~ autour du centre du bain.
'~ La fig. 2 montre de manière schématique les ; différents points d'impact réalisables sur la surface du bain métallique, grace à une tête de ~ance comportant une tuyere verticale dont le jet peut etre devie par huit conduits lateraux 10 tel que decrit plus haut. Le point JO
,~ est realise en gardant les huit vannes 11 fermées. En ~, . ... . . . .
' ouvrant une après l'autre une des vannes 11, il est possible j de deplacer le jet pour realiser par exemple le point ~ 20 d'impact Jlo, puis J20 etc. ~;
'i Ainsi la tete de lance suivant l'invention permet ,' de diriger le jet vers chacun des points d'impact représen~
¦ tés, dans le sens des flèches, et on imagine que l'on peut ' préétablir des programmes de balayage de la surface, suivant ~ :
des schémas empiriques, ou proceder suivant une situation ~ -3 donnee. On peut par exemple constater qu'il s'est forme un j loup dans le convertisseur dans une zone determinee; en 1l procedant à un balayage intense à l'oxygène dans cette zone, ~ ;~
i~ on peut faire fondre le loup. :
J ~ -. :,' .. . -:
. .j .: . .:,:

Claims (7)

Les réalisation de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Lance pour l'affinage de métaux ou de ferro-alliages par soufflage d'oxygène par le haut, comportant une tête présentant une embouchure d'au moins une tuyère guidant un jet d'oxygène destine à l'affinage ayant une vitesse supersonique, caractérisée en ce qu'une chambre est interca-lée entre l'embouchure de ladite tuyère et l'embouchure de la tête de lance, la chambre s'évasant progressivement depuis l'embouchure de ladite tuyère pour se rétrécir vers l'embouchure de la tête de lance, en ce qu'au moins une embouchure d'au moins un conduit latéral aboutit dans la chambre au voisinage de l'embouchure de ladite tuyère et en ce que chacun des conduits latéraux est relie à une source de gaz et comporte une vanne individuelle de régulation de débit.
2. Lance suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins trois conduits latéraux sont disposes symé-triquement autour de l'embouchure de ladite tuyère.
3. Lance suivant la revendication 2, caractérisée en ce que huit conduits latéraux sont disposes symétriquement autour de l'embouchure de ladite tuyère.
4. Lance suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre est de révolution et présente sensiblement la forme d'une poire tronquée des côtés supérieur et infé-rieur.
5. Lance suivant les revendications 1 ou 2, caracté-risée en ce que la chambre présente une paroi intérieure munie de rainures.
6. Lance suivant les revendications 1, 2 ou 4, caractérisée en ce que la chambre présente un profil inté-rieur dimensionné de manière à ce que l'angle du profil, à
la sortie de la tête, correspond à l'angle de déviation du jet, tel que désiré.
7. Lance suivant les revendications 2 ou 4, caracté-risée en ce que huit conduits latéraux sont disposés symé-triquement autour de l'embouchure de ladite tuyère.
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