EP0112769B1 - Elément réfractaire porte-tuyère et procédé de prévention de l'usure du réfractaire faisant application dudit élément - Google Patents

Elément réfractaire porte-tuyère et procédé de prévention de l'usure du réfractaire faisant application dudit élément Download PDF

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EP0112769B1
EP0112769B1 EP83402453A EP83402453A EP0112769B1 EP 0112769 B1 EP0112769 B1 EP 0112769B1 EP 83402453 A EP83402453 A EP 83402453A EP 83402453 A EP83402453 A EP 83402453A EP 0112769 B1 EP0112769 B1 EP 0112769B1
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European Patent Office
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refractory
liquid
tuyere
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liquid metal
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Eric Lienaux
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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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/35—Blowing from above and through the bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/48—Bottoms or tuyéres of converters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ

Definitions

  • the invention relates to a refractory nozzle-holder element for a container for processing a liquid metal, of the type comprising a refractory mass surrounding an injection nozzle, said refractory mass being provided with passages connected to a source of pressurized auxiliary fluid and opening into the liquid metal bath.
  • Such an element is known for example from French patent n ° 1 347 014.
  • said passages are preferably made by the refractory mass made porous for this purpose or, by fine channels artificially formed in a compact refractory mass. From the technological point of view, this has the double disadvantage of reserving the device for the passage of an auxiliary fluid in the gaseous state (because too much resistance would oppose the pessage of a liquid), and on the other hand, d '' be of a delicate manufacture (in particular for the realization of fine artificial channels). In addition, experience shows that the results obtained are not fully satisfactory and that the field of application remains limited.
  • the object of the invention is to propose an element free from the above-mentioned drawbacks, easy to produce, and allowing effective protection of the refractories surrounding the converter nozzles.
  • the refractory element is constituted by an assembly of several compact refractory sub-elements separated by thin slots performing the role of said passages and connected to a source of liquid carbonaceous agent or gaseous likely to provide, by impregnation of the upper layers of the refractory element, protective carbon.
  • the assembly of sub-elements can advantageously be surrounded by a sheet metal envelope and be kept away from a bottom plate so as to form a distribution space for the carbon-containing agent, which is preferably a hydrocarbon, and, advantageously liquid fuel.
  • the carbon-containing agent which is preferably a hydrocarbon, and, advantageously liquid fuel.
  • the invention also relates to a method for preventing the wear of refractories from the bottom of a metallurgical container comprising nozzle-holder elements of the type mentioned at the head of this thesis.
  • a liquid or gaseous carbonaceous agent preferably a hydrocarbon such as liquid fuel
  • a hydrocarbon such as liquid fuel
  • one of the determining aspects of the invention resides in the fact that around the nose of the nozzle where the refining oxygen opens out, a fuel diffusion area is created to impregnate carbon with it. surface and upper layers of the refractory.
  • This carbon has a double role of chemical protection against iron oxides (such as FeO) attacking the refractory, and thermomechanical protection by creating a layer endowed with a certain elasticity.
  • iron oxides such as FeO
  • Figure 1 shows a refractory element 1 whose shape is substantially that of a pyramid trunk with a rectangular base tapering slightly upwards.
  • the element may have a base of 150 x 110 mm 2 at the bottom and 142 x 105 mm 2 at the top, for 275 mm in height.
  • Element 1 consists of four sub-elements 2, 3, 4, 5 juxtaposed, formed by plates of conventional compact refractory material, for example in magnesia. These plates are assembled by a metal casing 6 1.5 mm thick. A narrow slot 17 is maintained between the neighboring plates by means of threaded spacers 7 calibrated (for example 0.1 mm in diameter).
  • the sheet 6 is welded to a bottom plate 8 3 mm thick, the refractory plates 2, 3, 4, 5 are kept separated by shims 9 of calibrated height allowing to reserve a space 10 of 2 mm thickness for example.
  • the oxygen blowing nozzle is housed in a cylindrical recess 12 with a diameter of 22 mm produced between the two central plates 3 and 4.
  • Figure 1 there is mounted in the recess 12 a double nozzle consisting of the central tube 11 for blowing oxygen connected to an oxygen source 14 and the outer tube 13 leaving an annular passage for fuel supplied by a source 15 .
  • the lower space 10 is supplied with fuel by a second source 16 through the bottom plate 8.
  • the fuel is distributed to a pressure of 4 to 5 bars, which feeds the slots 17, and opens with a speed substantially close to zero in the metal, which ensures its diffusion.
  • Bosses 18 of the tube 11 make it possible to maintain the sufficient radial spacing (for example 1 mm) between the tube 11 and the recess 12.
  • the plates 2, 3, 4, 5 can be bare, or, at least partially, buried, for example on their faces delimiting slots 17 in order to facilitate the flow of the fuel or to avoid infiltration of the latter in the mass of the element. Furthermore, the spacers made are not absolutely essential, so that the passage slots 17 can perfectly be obtained by simple juxtaposition of the refractory plates therebetween.
  • the invention is not limited to the use of fuel oil but adapts to any other hydrocarbon agent, preferably liquid, and capable, by impregnating the upper layers of the refractory, of providing it protective carbon.
  • the nozzle is not necessarily placed between two refractory plates but may very well be housed in a recess formed within a plate.
  • the invention is of general application to any treatment of a molten metal in a metallurgical container provided with injectors for blowing a treatment agent below the level of the bath.

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Description

  • L'invention concerne un élément réfractaire porte-tuyère pour récipient de traitement d'un métal liquide, du type comportant une masse réfractaire entourant une tuyère d'injection, ladite masse réfractaire étant dotée de passages reliés à une source de fluide auxiliaire sous pression et débouchant dans le bain de métal liquide.
  • On sait qu'avec les tuyères à oxygène protégées actuelles, c'est l'usure du réfractaire environnant et non plus celle des tuyères qui est le facteur déterminant pour la durée de mise en service des fonds de convertisseurs.
  • Il a déjà été tenté de protéger les fonds de convertisseurs contre les effets thermiques et d'érosion en utilisant des éléments du type précité avec un fluide auxiliaire gazeux de refroidissement qui d'une part abaisse la température dans la zone eutour de l'injecteur, et d'autre part forme un metelas gazeux protégeant la surface de soufflage.
  • Un tel élément est connu par exemple par le brevet français n° 1 347 014. Dans l'élément décrit par ce brevet, lesdits passages sont réalisés de préférence par la masse réfractaire rendue poreuse à cet effet ou, par des fins canaux ménagés artificiellement dans une masse réfractaire compacte. Au point de vue technologique, ceci présente le double inconvénient de réserver le dispositif au passage d'un fluide auxiliaire à l'état gazeux (car trop de résistance s'opposerait au pessage d'un liquide), et d'autre part, d'être d'une fabrication délicate (notamment pour la réalisation de fins canaux artificiels). En outre,, l'expérience montre que les resultats obtenus ne sont pas pleinement satisfaisants et que le domaine d'application reste limité.
  • L'invention a pour but de proposer un élément exempt des inconvénients précités, facile à réaliser, et permettant une protection efficace des réfractaires environnant les tuyères de convertisseur.
  • Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que l'élément réfractaire est constitué par un assemblage de plusieurs sous-éléments réfractaires compacts séparés par des fentes minces réalisant le rôle desdits passages et reliées à une source d'agent carboné liquide ou gazeux susceptible d'apporter, par imprégnation des couches supérieures de l'élément réfractaire, du carbone protecteur.
  • L'assemblage de sous-éléments peut être avantageusement ceinturé par une enveloppe de tôle et être maintenu à distance d'une plaque de fond de manière à former un espace de répartition de l'agent carboné, lequel est de préférence un hydrocarbure, et, avantageusement du fuel liquide.
  • L'invention concerne également un procédé de prévention de l'usure des réfractaires du fond d'un récipient métallurgique comportant des éléments porte-tuyère du type mentionné en tête de ce mémoire. Selon le procédé de l'invention, on injecte au travers de fentes minces traversant la masse de réfractaire compact un agent carboné liquide ou gazeux, de préférence un hydrocarbure tel que du fuel liquide, susceptible d'apporter, par imprégnation des couches supéricures de l'élément réfractaire, du carbone protecteur.
  • Comme on le comprend, l'un des aspects déterminants de l'invention réside dans le fait que l'on crée autour du nez de la tuyère où débouche l'oxygène d'affinace, une aire de diffusion du fuel pour imprégner de carbone la surface et les couches supérieures du réfractaire.
  • Ce carbone a un double rôle de protection chimique contre les oxydes de fer (tel que FeO) agressant le réfractaire, et de protection thermomécanique en créant une couche dotée d'une certaine élasticité.
  • L'invention sera mieux comprise grâce à la description de deux modes de réalisation préférés, en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 représente en coupe verticale, et sans respect des proportions réelles, de la partie inférieure d'un premier mode de réalisation de l'invention.
    • - la figure 2 est une coupe verticale d'un second mode de réalisation de l'invention.
    • - la figure 3 est une section horizontale III-lll de la figure 2.
  • La figure 1 montre un élément réfractaire 1 dont la forme est sensiblement celle d'un tronc de pyramide à base rectangle se rétrécissant légèrement vers le haut. A titre purement indicatif, l'élément peut avoir une base de 150 x 110 mm2 à la partie inférieure et de 142 x 105 mm2 à la partie supérieure, pour 275 mm de hauteur.
  • L'élément 1 est constitué de quatre sous-éléments 2, 3, 4, 5 juxtaposés, formés par des plaquettes en matériau réfractaire compact classique, par exemple en magnésie. Ces plaquettes sont assemblées par une enveloppe métallique 6 de 1,5 mm d'épaisseur. Une fente étroite 17 est maintenue entre les plaquettes voisines grâce à des entretoises filiformes 7 calibrées (par exemple de 0,1 mm de diamètre).
  • La tôle 6 est soudée à une plaque de fond 8 de 3 mm d'épaisseur, dont les paquettes réfracraires 2, 3, 4, 5 sont maintenues séparées par des cales 9 de hauteur calibrée permettant de réserver un espace 10 de 2 mm d'épaisseur par exemple.
  • La tuyère de soufflage d'oxygène est logée dans un évidement cylindrique 12 de 22 mm de diamètre réalisé entre les deux plaquettes centrales 3 et 4.
  • Sur la figure 1 on a monté dans l'évidement 12 une tuyère double constituée du tube central 11 de soufflage d'oxygène relié à une source d'oxygène 14 et du tube extérieur 13 laissant un passage annulaire pour du fuel alimenté par une source 15.
  • L'espace inférieur 10 est alimenté en fuel par une deuxième source 16 au travers de la plaque de fond 8. Dans cet espace se répartit le fuel à une pression de 4 à 5 bars, qui alimente les fentes 17, et débouche avec une vitesse sensiblement voisine de zéro dans le métal, ce qui assure sa diffusion.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 2, on met à profit le jeu de montage entre le tube 11 et l'évidement 12 dans lequel il est directement monté, pour lui faire jouer le rôle de l'espace annulaire de la tuyère double. Cet espace annulaire peut alors être alimenté directement parl'espace 10 de répartition de fuel, ce qui supprime la nécessité d'une alimentation indépendante 15.
  • Des bossage 18 du tube 11 permettent de maintenir l'écartement radial suffisant (par exemple 1 mm) entre le tube 11 et l'évidement 12.
  • Si l'on ne désire pas protéger la tuyère, on peut bourrer le jeu de montage par un produit de jointement adéquat.
  • Les plaquettes 2, 3, 4, 5 peuvent être nues, ou, au moins partiellement, entôlées, par exemple sur leurs faces délimitant des fentes 17 afin de faciliter l'écoulement du fuel ou d'éviter une infiltration de celui-ci dans la masse de l'élément. Par ailleurs, les entretoises d'espacement faites ne sont pas absolument indispensables, de sorte que les fentes de passage 17 peuvent parfaitement être obtenues par simple juxtaposition des plaquettes réfractaires entre elles.
  • Comme on l'a déjà mentionné, l'invention ne se limite pas à l'utilisation du fuel mais s'accomode de tout autre agent hydrocarboné, de préférence liquide, et susceptible, par imprégnation des couches supérieures du réfractaire, d'y apporter du carbone protecteur.
  • En outre, la tuyère n'est pas nécessairement placée entre deux plaquettes réfractaires mais peut fort bien être logée dans un évidement ménagé au sein même d'une plaquette.
  • Par ailleurs, l'invention est d'application généralisée à tout traitement d'un métal en fusion dans un récipient métallurgique pourvu d'injecteurs pour l'insufflation d'un agent de traitement sous le niveau du bain.
  • Elle s'applique notamment aux convertisseurs d'aciérie à soufflage d'oxygène par le fond, éventuellement combiné avec un soufflage par le haut au moyen d'une lance émergée débouchant au-dessus du bain.

Claims (10)

1) Elément réfractoire porte-tuyère pour récipient de traitement d'un métal liquide, du type comportant une masse réfractaire entourant une tuyère d'injection, ladite masse réfractaire étant dotée de passages relies à une source de fluide auxiliaire de protertion sous pression et debouchant dans le bain de métal liquide, caractérisé en ce cu'il est constitué par un assemblage de plusieurs sous-éléments en matériau réfractaire compact (2, 3,4, 5) séparés par des fentes minces réalisant le rôle desdits passages et reliées à une source (16) d'agent carboné liquide ou gazeux.
2) Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié à une source (16) d'hydrocarbure.
3) Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est relié à une source de fuel liquide.
4) Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tuyère est montée entre deux sous-éléments (3, 4).
5) Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tuyère est une tuyère double.
6) Procédé de prévention de l'usure des réfractaires du fond d'un récipient de traitement d'un métal liquide ledit fond comportant des éléments réfractaires porte-tuyère selon les revendications 1,4 et 5 dans lesquels une tuyère est entourée d'une masse de réfractaire compact divisé de manière à ménager des fentes au travers desquelles on injecte un fluide auxiliaire de protection sous pression qui débouche dans le bain de métal liquide, caractérisé en ce qu'on injecte au travers des fentes traversant la masse réfrectaire un agent carboné liquide ou gazeux.
7) Procédé selon les revendications 6, caractérisé en ce qu'on injecte du fuel liquide.
8) Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène par les tuyères.
9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène par les tuyères et par une lance émergée.
10) Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène par une lance émergée et à soufflage d'un fluide de brassage par les tuyères.
EP83402453A 1982-12-24 1983-12-19 Elément réfractaire porte-tuyère et procédé de prévention de l'usure du réfractaire faisant application dudit élément Expired EP0112769B1 (fr)

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FR8221764 1982-12-24

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EP0112769A2 EP0112769A2 (fr) 1984-07-04
EP0112769A3 EP0112769A3 (en) 1984-08-01
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DE (1) DE3371650D1 (fr)
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EP0112769A2 (fr) 1984-07-04
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