EP0055956B1 - Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, pour le traitement des métaux en fusion - Google Patents

Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, pour le traitement des métaux en fusion Download PDF

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EP0055956B1
EP0055956B1 EP81402009A EP81402009A EP0055956B1 EP 0055956 B1 EP0055956 B1 EP 0055956B1 EP 81402009 A EP81402009 A EP 81402009A EP 81402009 A EP81402009 A EP 81402009A EP 0055956 B1 EP0055956 B1 EP 0055956B1
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blowing
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gas
opening
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Bernard Schaffar
Hugues Zanetta
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Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
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Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
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    • C21METALLURGY OF IRON
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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
    • C21C5/46Details or accessories
    • C21C5/4606Lances or injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • the present invention relates to a lance for blowing oxidizing gas, in particular oxygen, intended to be placed above a bath of molten metal in a crucible for metallurgical treatment, in particular above a cast iron bath for refining it into steel.
  • oxidizing gas in particular oxygen
  • the invention relates to lances the nose of which comprises, in addition to the usual main openings opening onto the front face of the nozzle and serving for blowing oxygen in the form of jets with strong impulse for refining properly said (oxidation of the impurities in the metal bath), additional (or secondary) openings for blowing a stream of oxygen at low speed intended to improve the secondary combustion rate of the refining gases.
  • a lance of this type is described in document LU-A-78 906.
  • the "nose” of the lance constitutes the end through which the refining oxygen exits towards the bath.
  • the "nose” is a hollow piece of copper, attached to the end of the lance body.
  • front face is understood to mean the part of the nose turned opposite the metal bath contained in the crucible.
  • the secondary combustion rate reflects the proportion of C0 2 in the reaction gases, this C0 2 being obtained by oxidation of the CO which is released from the metal bath following decarburization of the latter by oxygen d refining.
  • Multipurpose lances of this type already exist. However, progress is still possible, both in terms of increasing the secondary combustion of the reaction gases and the durability of the lance noses. These are the aims of the present invention.
  • the subject of the invention is a blowing lance for oxidant, in particular oxygen, for the treatment of molten metals, in particular for refining a steel bath, and comprising a lance nose provided with two categories openings: at least one main opening for blowing gas jets with strong impulse and outlet on the central region of the front face of the lance nose, and at least one additional opening for blowing gas streams with significantly weaker impulse, profile diverge in the direction of blowing and also opening onto said front face, characterized in that the main opening and the adjoining opening communicate with the hollow central part of the lance body serving for the circulation of the oxidizing agent, while the appendix opening is constituted by several slots arranged along a ring formed by two circles concentric with the circle defining the periphery of the lance nose with their largest dimension according to the ring, and in that the configuration of annular assembly constituted by the slots surrounds at a distance, counted edge to edge, between 2 and 20 cm approximately, the main opening or the group formed by the main opening
  • the secondary openings are not in the form of circular orifices, but on the contrary in the form of more or less elongated slots, arranged annularly around the main openings, one after the other.
  • the gas flows against the lance nose are favorably modified, so that the phenomena of wear by recirculation of the hot gases are considerably reduced.
  • the gas recirculation around the main jets is certainly higher award-winning, but the oxygen currents at the outlet of the slots are accelerated by the driving effect of the main jets, so that, ultimately, this amounts to displacing the problem of wear around the secondary slots .
  • this acceleration is opposed to the lateral diffusion of the secondary currents, so that, in the best of cases, the formation of a homogeneous conical sheet of oxygen above the bath is delayed and the secondary combustion reduced .
  • the slits are placed too far, that is to say more than 20 cm approximately, they have practically no more influence on the aerodynamics in the vicinity of the main jets of oxygen.
  • the secondary slits should not however be placed on the lateral flank of the nose because otherwise, the desired effect is not obtained.
  • FIGS. 1 and 2 schematically represent a lance nose according to the invention seen from below, that is to say seen of the metal bath to be treated
  • FIG. 3 is a view in vertical section along the axial plane AA of FIG. 2.
  • the front face of the lance nose 2 This face, of substantially planar shape, has in its central part three main orifices 3 for blowing jets of oxygen with strong impulse (refining oxygen ).
  • openings are provided for the outlet of the oxygen pulse streams, intended to form a conical sheet continuous surrounding the main jets and covering the surface of the metal bath to be refined.
  • these additional openings can have numerous design variants, going from a configuration in small multiple slots 6 (FIG. 2) practically rectilinear, passing through configurations with slots in a more or less elongated arc, such as 5 ( Figure 1).
  • the gaseous screen of conical shape sought can be produced from a succession of spaced apart slots ( Figures 1 and 2).
  • the advantage of this embodiment is to be able to provide between the slots, small bridges 7 which facilitate, technologically, the arrangement of a cooling water circuit inside the lance nose.
  • the short sides of the slots have been chamfered. These chamfers are clearly visible at 18 in FIG. 2.
  • Figure 3 shows the lance nose 2 in vertical section as mounted at the lower end of the lance body, which is constituted in the usual way by three concentric tubes 8, 9 and 10.
  • the nose 2 is a hollow piece of copper, molded so as to provide central passages 11 which open on the front face 1 through the openings 3 already mentioned. This part is then drilled by machining and copper barrels 12 are placed in the holes thus produced.
  • These guns have a passage section 13 of oblong shape in the direction perpendicular to the plane of the figure and open on the front face 1 through the slots 6.
  • An internal partition 14 which can be attached or molded from the original with the nose, divides the interior volume of the nose into two compartments, interior 15 and exterior 16, communicating with each other by annular passages 17 formed around the main passages 11. In this way, a sealed cooling water circuit is created inside the nose which effectively irrigates the entire front face 1.
  • the water circulation is indicated by arrows.
  • the invention is of general application to any treatment with oxygen of fuel metal baths contained in a metallurgical container.
  • it is applied in conjunction with an operation for stirring the bath obtained by blowing in stirring gas (neutral or possibly oxidizing gas) through nozzles or air-tight refractory elements incorporated into the wall of the container, at a lower level. to that of the bath, and more generally, in the bottom of the container.
  • stirring gas neutral or possibly oxidizing gas

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Description

  • La présente invention concerne une lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, 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 principales habituelles débouchant sur la face frontale de l'embout et servant pour le soufflage d'oxygène sous forme de jets à forte impulsion pour l'affinage proprement dit (oxydation des impuretés du bain métallique), des ouvertures annexes (ou secondaires) pour le soufflage d'un courant d'oxygène à faible vitesse destiné à améliorer le taux de combustion secondaire des gaz d'affinage. Une lance de ce type est décrite dans ale document LU-A-78 906.
  • On rappelle que le «nez» de la lance constitue l'extrémité par laquelle sort l'oxygène d'affinage en direction du bain. En général, le «nez» est une pièce 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 métallique contenu dans le creuset.
  • Il est rappelé par ailleurs que le taux de combustion secondaire traduit la proportion de C02 dans les gaz de réaction, ce C02 étant obtenu par oxydation du CO qui se dégage du bain métallique suite à la décarburation de ce dernier par l'oxygène d'affinage.
  • Des lances polyvalentes de ce type existent déjà. Toutefois, des progrès 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.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une lance de soufflaged'oxydant, notammentd'oxygène, pour le traitement des métaux en fusion, en particulier pour l'affinaged'un bain defonteen acier, et comprenant un nezde lance pourvu de deux catégories d'ouvertures: au moins une ouverture principale pour le soufflage de jets gazeux à forte impulsion etdébou- chantsur la région centrale de lafacefrontaledu nez de lance, et au moins une ouverture annexe pour le soufflage de courants gazeux à impulsion sensiblement plus faible, à profil divergent dans le sens du soufflage et débouchant également sur ladite face frontale, caractérisée en ce que l'ouverture principale et l'ouverture annexe communiquent avec la partie centrale creuse du corps de lance servant à la circulation du gazoxydant, enceque l'ouverture annexe est constituée par plusieurs fentes disposées le long d'un anneau formé par deux cercles concentriques au cercle définissant la périphérie du nez de lance avec leur plus grande dimension selon l'anneau, et en ce que la configuration d'ensemble annulaire constituée par les fentes entoure 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.
  • L'idée-mère à 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'oxygène qui s'épanouit en forme de «parapluie» autour des jets principaux en se dirigeant vers le bain métallique.
  • Pour cela, il est judicieux que les ouvertures secondaires se présentent non pas sous la forme d'orifices circulaires, mais au contraire sous la forme de fentes plus ou moins allongées, disposées annulairement autour des ouvertures principales, les unes à la suite des autres.
  • L'invention résulte des considérations essentielles suivantes:
    • Pour obtenir un taux de combustion secondaire élevé, il faut que le ou les courants d'oxygène qui créent l'atmosphère oxydante nécessaire soient, dès l'origine, c'est-à-dire le plus tôt possible après la sortie de la lance, non pas confinés 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 récou- vrant le bain métallique à distance. Dans ces conditions, on forme au-dessus de celui-ci un écran d'oxygène que le CO se dégageant du bain doit obligatoirement traverser.
  • Par ailleurs, il a pu être constaté que pratiquement tous les nez de lance connus s'usent préférentiellement entre les ouvertures principales et ceci malgré les efforts réalisés pour améliorer l'efficacité de leur refroidissement par circulation d'eau interne. Grâce à 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 phénomènes d'aspiration provoquant des re- circulations gazeuses autour des jets d'oxygène à forte impulsion. Ainsi, les gaz très chauds présents dans l'atmosphère au-dessus du bain et chargés en particules solides sont localement 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, puisque c'est là que s'additionnent les effets de recirculation propres à plusieurs jets principaux voisins.
  • Grâce à la présence d'orifices annexes en forme de fentes, conformément à l'invention, on modifie favorablement les écoulements gazeux contre le nez de lance, de sorte que les phénomènes d'usure par recirculation des gaz chauds sont considérablement réduits.
  • En conformité avec l'invention, un tel résultat 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 à bord, car la section des orifices concernés intervient peu.
  • Si les fentes sont localisées trop près (à moins de 2 cm approximativement), la recirculation gazeuse autour des jets principaux est certes supprimée, mais les courants d'oxygène à la sortie des fentes sont mis en accélération par l'effet d'entraînement des jets principaux, de sorte, qu'en définitive, celà 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 secondaires, 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 secondaire diminuée.
  • Par contre, si les fentes sont placées trop loin, à savoir à plus de 20 cm environ, elles n'ont pratiquement plus d'influence sur l'aérodynamique au voisinage des jets principaux d'oxygène. Toutefois, les fentes secondaires ne doivent pas pour autant être placées sur le flan latéral du nez car sinon, l'effet recherché n'est pas obtenu.
  • On va maintenant itlustrer ce qui vient d'être dit à l'aide des planches de dessins annexées sur lesquelles les figures 1 et 2, représentent schématiquement un nez de lance selon l'invention vu du dessous, c'est-à-dire vu du bain de métal à traiter, et la figure 3 est une 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 sensiblement plane, présente dans sa partie centrale trois orifices principaux 3 pour le soufflage de jets d'oxygène à forte impulsion (oxygène d'affinage).
  • A une distance notée «d» comprise, comme on l'a dit, entre 2 et 20 cm environ du bord des orifices 3, sont ménagées des ouvertures pour la sortie des courants d'oxygène à faible impulsion, destinés à former une nappe conique continue entourant les jets principaux et recouvrant la surface du bain métallique à affiner.
  • En conformité avec l'invention, ces ouvertures annexes peuvent présenter de nombreuses variantes de conception, allant depuis une configuration en petites fentes multiples 6 (figure 2) pratiquement rectilignes, en passant par des configurations à 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 à partir d'une succession de fentes espacées (figures 1 et 2). L'intérêt de cette forme de réalisation est de pouvoir ménager entre les fentes, des petits ponts 7 qui facilitent, au plan technologique, l'aménagement d'un circuit d'eau de refroidissement à l'intérieur du nez de lance. Dans ce cas cependant, il est avantageux de prévoir des fentes à profil divergent dans le sens du soufflage pour permettre une meilleure diffusion latérale des différents courants d'oxygène secondaire qui peuvent alors se rejoindre rapidement dès leur sortie des fentes, pour former le plus tôt possible l'écran gazeux uniforme recherché. A cet effet, les petits côtés des fentes ont été chanfreinés. Ces chanfreins sont bien visibles en 18 sur la figure 2.
  • La figure 3 montre le nez de lance 2 en coupe verticale tel que monté à l'extrémité 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 pièce creuse en cuivre, 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 passage 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 rapporté ou moulé d'origine avec le nez, partage le volume intérieur 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 à l'intérieur du nez un circuit d'eau de refroidissement étanche qui irrigue efficacement toute la face frontale 1. La circulation de l'eau est indiquée par des flèches.
  • Par ailleurs, il est clair que la mise en oeuvre pratique de l'invention suppose que des moyens sont prévus qui permettent de différencier les vitesses de soufflage de l'oxygène entre les jets principaux à forte impulsion destinés à l'affinage, ' et les jets secondaires à 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 répartition des débits (figure 3), ou plus élaborés pour permettre des réglages dynamiques et indépendants des flux gazeux à partir, par exemple, de deux alimentations séparées en oxygène et d'un corps de lance à double flux.
  • D'autre part, l'invention est d'application générale à tout traitement à l'oxygène de bains métalliques carburés contenus dans un récipient métallurgique. De préférence, elle s'applique conjointement avec une opération de brassage du bain obtenu par une insufflation de gaz de brassage (gaz neutre ou éventuellement oxydant) au travers de tuyères ou d'éléments réfractaires aéroperméables incorporés en paroi du récipient, à un niveau inférieur à celui du bain, et plus généralement, dans le fond du récipient. C'est en effet dans les conditions opératoires précitées que les meilleurs résultats sur le plan de la combustion secondaire ont pu être enregistrés 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 à stabiliser la hauteur de couche du laitier, donc également, la distance séparant l'extrémité de la lance de la surface de laitier.

Claims (5)

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 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, à profil divergent dans le sens du soufflage et débouchant également sur ladite face frontale, caractérisée en ce que l'ouverture principale et l'ouverture annexe communiquent avec la partie centrale creuse du corps de lance servant à la circulation du gaz oxydant, en ce que l'ouverture annexe est constituée par plusieurs fentes disposées le long d'un anneau formé par deux cercles concentriques au cercle définissant la périphérie du nez de lance avec leur plus grande dimension selon l'anneau, et en ce que la configuration d'ensemble annulaire constituée par les fentes entoure 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.
2. Lance de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fentes présentent un profil divergent dans le sens du soufflage gazeux, réalisé par un chanfreinage de leurs extrémités.
3. Utilisation de la lance selon la revendication 1 dans une installation sidérurgique pour l'affinage à l'oxygène d'un bain de fonte contenu dans un récipient, dont la paroi comporte, à un niveau inférieur à celui du bain, des moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain.
4. Utilisation de la lance selon la revendication 1 dans une installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain sont des éléments réfractaires aéroperméables.
5. Utilisation de la lance selon la revendication 1 dans une installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour l'insufflation d'un gaz de brassage dans le bain sont des tuyères.
EP81402009A 1980-12-22 1981-12-16 Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène, pour le traitement des métaux en fusion Expired EP0055956B1 (fr)

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FR8027410A FR2496699B1 (fr) 1980-12-22 1980-12-22 Lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygene, pour le traitement des metaux en fusion

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EP0055956A1 EP0055956A1 (fr) 1982-07-14
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