CA1323757C - Tuyere pour lance d'affinage - Google Patents

Tuyere pour lance d'affinage

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CA1323757C
CA1323757C CA000528771A CA528771A CA1323757C CA 1323757 C CA1323757 C CA 1323757C CA 000528771 A CA000528771 A CA 000528771A CA 528771 A CA528771 A CA 528771A CA 1323757 C CA1323757 C CA 1323757C
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Carlo Heintz
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    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
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Abstract

L'invention concerne une tuyère pour lance d'affinage, destinée à fournir l'oxygène de postcombustion à l'espace se trouvant au-dessus d'un bain métallique en voie d'affinage, la tuyère étant pourvue d'une embouchure et étant située dans le prolongement d'un conduit d'amenée de gaz, muni d'une vanne régulatrice de pression. La tuyère selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi réglée le long de laquelle le gaz s'écoule en ligne droite et aboutit à une arête aiguë, constituant une partie de l'embouchure. Une paroi coudée relie le reste de l'embouchure, sensiblement situé dans le prolongement de la paroi réglée, au conduit d'amenée de gaz. La paroi coudée forme de préférence en amont de l'arête un convergent, et en aval un divergent. L'embouchure esquisse la forme d'un rectangle aplati dont l'un des côtés longs constitue l'arete. La tuyère selon l'invention permet d'envoyer un jet d'oxygène dans un convertisseur sous inclinaison variable sans mettre en oeuvre un système mécanique délicat.

Description

13237~7 La présente inventlon concerne une tuyère pour lance d'affinage et, en particulier, une tuyère pour fournir de l'oxygene de postcombustion a l'espace situe au-dessus d'un bain métallique en voie d'affinage.
On connaît des lances d'affinage qui possedent, en dehors des tuyeres fournissant l'oxygene supersonique d'affinage, plusieurs tuyères auxiliaires, inclinees entre 25~ et 60~ (voir par exemple les brevets luxembourgeois Nos 78.906 et 83.814) par rapport à l'axe vertical, debitant des jets d'oxygène servant à la postcombustion. Etant donne que ces jets d'oxygène sont subsoniques, les tuyères auxiliaires sont alimentées par un circuit d'oxygène indépendant qui permet une régulation en debit. Il est également connu (voir -le brevet luxembourgeois No. 82.846) de munir les conduits des tuyères qui guident l'oxygène de postcombustion de moyens pour augmenter le degré de turbulance du jet. Ces moyens peuvent consister en des tôles disposees dans les conduits des tuyères secondaires de manière à former des spirales; dans une autre forme d'exécution, on munit les parois des conduits de rainures qui peuvent être soit circulaires et être disposées dans un plan perpendiculaire à
l'axe du conduit, soit spiralées.
Dans l'art anterieur, les angles d'inclinaison des tuyères qui guident les jets d'oxygène de postcombus~
tion, une fois déterminés par des essais ou des méthodes empiriques (tenant compte des inclinaisons des jets d'oxygè-ne primaire, de leur disposition, des dimensions du conver-tisseur, de la hauteur de la tête de lance au-dessus du I bain, etc.) restent évidemment constants. Il n'est donc pas 1 30 possible, ni de- balayer l'espace au-dessus du bain avec des '' '"'':''' '' ~ . .
', '... " .-~:
:
13237~7 jets d'oxygène, ni d'envoyer l'oxygène de postcombustion dans le convertisseur sous un angle fonction de la phase d'affinage en cours. On pourrait imaginer de munir des tuyères d'un quelconque système mecanique permettant de modifier leur angle d'inclinaison. Malheureusement un tel système serait directement expose aux conditions difficiles regnant dans un convertisseur (temperatures variant entre 800 et 1800~C, projections de scories, de metal liquide...) de sorte à n'avoir qu'une duree de vie des plus reduites.
D'un autre côte, des variations d'inclinaison obtenues par des moyens mecaniques seraient trop lentes pour creer une zone étendue, virtuellement alimentée en permanence par de l'oxygène. Un autre desavantage des tuyères connues est que l'oxygène est envoyé dans l'espace au-dessus du bain en jets discrets, c'est-à-dire la concentration en oxygène par , rapport à celle du monoxyde de carbone est d'un côté exces-,sive dans le jet et d'un autre côté trop faible dans l'espa-.;
ce entre deux jets. Le volume au-dessus du bain dans lequel la présence d'oxygène et de monoxyde de carbone en quantités sensiblement stoechiométriques en vue d'amorcer et d'entre-tenir la combustion peut être assurée, est réduit.
,La présente invention a comme but de proposer une tuyère qui évite les désavantages exposés plus haut et qui ¦permet d'envoyer un jet d'oxygène dans un convertisseur sous inclinaison variable sans mettre en oeuvre un système mécanique délicat.
L'invention a donc pour objet une tuyère pour ilance d'affinage, destinée à fournir l'oxygène de postcom-bustion à l'espace se trouvant au-dessus d'un bain métalli-¦30 que en voie d'affinage, la tuyère étant pourvue d'une ~: : :
-2--~ .
~ 3 2 3 7 ~ 7 ~ ; ~
embouchure et étant située dans le prolongement d'un conduit ~-d'amenée de gaz, muni d'une vanne régulatrice de pression.
La tuyère selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi réglée le long de laquelle le gaz s'écou~
- . .
le en ligne droite et aboutit à une arête constituant une ~ - -.
partie de l'embouchure, et une paroi coudée reliant le reste de l'embouchure, sensiblement situé dans le prolongement de la paroi réglee, au conduit d'amenée de gaz.
De préférence, l'arête est aiguë.
10Suivant un mode de réalisation préféré de l'in-vention, la paroi coudée forme un divergent; par exemple, celle-ci peut former en amont de l'arete un convergent, et en aval un divergent. De préference, la paroi coudée forme un col, immédiatement en amo~t de l'arete.
L'embouchure de la tuyère esquisse de préférence . , la forme d'un rectangle aplati dont l'un des cotés longs ;
constitue l'arete.
Suivant un autre mode de réalisation préfére, la ~;
lance est pourvue d'un manteau exterieur, de forme sensible-20ment cylindrique, et la paroi reglee est formee par une ~ partie de la face interne du manteau exterieur. ~ ~
J D'autres avantages et caracteristiques de l'in- ~ -' vention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après de modes de realisation preferes tels ' qu'illustres de facon non-limitative dans les dessins ¦ ci-joints, dans lesquels:
~ - la fig. 1 représente de manière schématique une ¦ lance d'affinage munie de tuyeres selon l'invention; et - la fig. 2 une coupe transversale selon la ligne - ;
30II-II à travers une tuyère de la fig. 1. ' ; -3-
3~
:.',-.' .' 1 3 2 3 7 ~ 7 :~ -., ~ . ..
- . - . ...
On distingue en fig. 1 le corps de la lance 1 ~
ainsi que trois jets d'oxygène d'affinage 2 sortant de la ~i ; tête de lance. En retrait de la tête de lance, à une distan-ce de l'ordre de 1 mètre, se trouvent les embouchures 3 de ~ ~ -plusieurs tuyères disposées à differentes hauteurs sur le ~
:: : : , pourtour du corps de lance et fournissant l'oxygène de postcombustion. Sur la coupe en fig. 2, on remarque le conduit d'amenee de gaz 5 débouchant dans la tuyère 11. Le manteau extérieur 4 de la lance 1 délimite un côté du conduit S et de la tuyère 11 par une surface réglee le long de laquelle l'oxygène peut se deplacer en ligne droite jusqu'à l'arête rectiligne 16 formant une partie de l'embou-chure 3. Le reste de la paroi du conduit 5, repéré par la référence 6, est relié par l'intermediaire d'une paroi f~ coudée 7, qui définit une tuyère convergente, à la partie restante de l'embouchure 3.
Une vanne 8 contrôle le débit d'oxygène. Cette ~ vanne qui a été dessinée pour des raisons de commodité
! proche de l'embouchure 3, se trouve normalement près des J 20 supports du corps de lance. Une distance vanne-embouchure d'une dizaine de mètres adoucit également les phénomènes transitoires lors de la déflection rapide du jet d'oxygène.
Un capteur de pression 9 mesure la pression reelle P à
l'entrée de la tuyère 11. Cette pression P est comparée (référence 14) à une pression de consigne Po et en cas de différence un régulateur 10 agit sur le degré d'ouverture de la vanne 8. Au lieu de mettre en oeuvre une boucle de régulation, on peut également déterminer à l'aide de simples essais la plage dans laquelle le degré d'ouverture de la vanne 8 doit varier.
'.,''.
,.( .:: .,.
~1 4 ~ '' ~' ' ,:~ .. . ~': .
13237~7 Il est impératif pour avoir l'effet de déflection variable désiré, que le jet d'oxygène possède en amont de la tuyère 11 une pression telle que la vitesse du gaz soit sonique au passage d'un plan fictif 12 passant par le sommet - de l'arête 16 et normal au manteau 4 guidant le gaz (théori-quement normal au vecteur vitesse du gaz). C'est à la :.~.: :
hauteur du sommet de cette arête pointue que le jet se détend tout en etant le siège d'une multitude d'ondes de choc qui sont à la base d'une augmentation de vitesse du jet et de sa déviation. L'angle de déflection A varie en fonc-tion de la pression du gaz au niveau de l'arête 16, c'est-à-dire plus la pression du gaz y est élevée, plus l'angle A
est faible. Par contre, l'effet de déflection par l'arête 16 est pratiquement nul lorsque le gaz -a une vitesse subsonique . . ..
à la traversée du plan 12. En variant par conséquent le '~
: . . . : . :::- ,,: -degré d'ouverture de la vanne 8 entre des limites preeta-blies, on arrive à balayer un angle solide qui se rapproche ~ ;
de quelque 40~. Au gre du déroulement du processus d'affina-ge, il est également possible d'adopter un angle de déflec-tion A bien déterminé et de le garder constant.
: . . . :~
Notons que pour avoir l'effet désiré il est avantageux, mais pas absolument necessaire, d'utiliser un ' :. ~
convergent en amont du plan 12 qui accelère le gaz à la -i vitesse sonique. Il est egalement avantageux d'un point de ' -~ vue de l'écoulement du fluide, mais pas essentiel, que le ;~ conduit 5 debouche sans variation de direction dans la . :. . :- .
partie réglee de la tuyère 11 en amont de l'arête 16. Il faut uniquement prevoir en amont de l'arête une paroi, le long de laquelle le gaz peut s'ecouler en ligne droite et ::
~ 30 assurer qu'il possède une vitesse sonique au niveau de '- ~
:, ~,~.~: ~. .
1 _ 5_ : . : .: :
.; ' ':, .
~ ,-: ;~:
13237~7 l'arête. A la llmite, on peut imaginer l'emploi de tuyères à
section constante, alimentées sous une pression telle que le gaz se trouve à vitesse sonique à l'approche de l'embouchure 3, la paroi 7 definissant un simple coude à 90~.
Etant donne que la vitesse à laquelle le jet sort de l'embouchure 3 est habituellement sonique ou supersoni-que, il existe un danger latent que le jet n'arrive jusqu'-aux parois du convertisseur et ne degrade le materiau refractaire. Il faut par consequent imperativement eviter de former un jet "penetrant". Ceci peut se faire en variant en continu l'inclinaison du jet, les turbulences qui en resul-tent dans le convertisseur etant peu favorables à un depla-cement de jet en ligne droite ou bien en choisissant une : - -, .: ' ~ ~
hauteur d'embouchure très faible, de l'ordre d'un cm, un jet mince etant freine sur distance relativement courte par l'atmosphère agitee environnante. La première solution met en oeuvre des quantites substantielles d'oxygène, mais exclut un fonctionnement sous inclinaison constante.
L'invention a ete exposee à l'aide d'embouchures allongees disposees normalement à l'axe de la lance. On peut tout aussi bien disposer les embouchures de manière oblique par rapport à l'axe pour avoir par exemple des interactions entre les differents jets, entraînant un brassage localise de l'atmosphère. On peut egalement provoquer un effet de brassage en choisissant une arete courbee au lieu de la .. .
prendre rectiligne. Pareillement, l'arete 16, au lieu d'etre disposee de manière à provoquer une deviation du jet vers le -haut, peut, après modification adequate des conduits S
d'amenee d'oxygène, etre disposée de manière à provoquer une deviatlon du jet vers le bas.
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Claims (11)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué sont définies comme il suit:
1. Tuyère pour lance d'affinage, destinée à fournir l'oxygène de postcombustion à l'espace se trouvant au-dessus d'un bain métallique en voie d'affinage, la tuyère étant pourvue d'une embouchure et étant située dans le prolonge-ment d'un conduit d'amenée de gaz, muni d'une vanne régula-trice de pression, caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi réglée le long de laquelle le gaz s'écoule en ligne droite et aboutit à une arête constituant une partie de l'embouchure, et une paroi coudée reliant le reste de l'embouchure, sensiblement situé dans le prolongement de ladite paroi réglée, au conduit d'amenée de gaz.
2. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite arête est aiguë.
3. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi coudée forme un divergent.
4. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi coudée forme en amont de l'arête un conver-gent, et en aval un divergent.
5. Tuyère selon la revendication 4, caractérisée en ce que la paroi coudée forme un col, immédiatement en amont de l'arête.
6. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite arête est rectiligne.
7. Tuyère selon les revendications 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que ladite arête est rectiligne.
8. Tuyère selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'embouchure esquisse la forme d'un rectangle aplati dont l'un des cotes longs constitue ladite arête.
9. Tuyère selon la revendication 8, caractérisée en ce que le rectangle a une hauteur de l'ordre de 1 cm.
10. Tuyère selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un plan passant par ladite arête est normal à l'axe de la lance.
11. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lance est pourvue d'un manteau extérieur, de forme sensiblement cylindrique et en ce que la dite paroi réglée est formée par une partie de la face interne du manteau extérieur.
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