FR2537698A1

FR2537698A1 - Device for protecting a metal tube subjected to severe thermal conditions.

Info

Publication number: FR2537698A1
Application number: FR8220599A
Authority: FR
Inventors: Christian Marest
Original assignee: Lafarge Refractaires SA
Current assignee: Calderys France SAS
Priority date: 1982-12-08
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1984-06-15
Also published as: FR2537698B1

Abstract

Device for protecting a metal tube subjected to severe thermal conditions, for example a tube forming a submerged nozzle for blowing fluid into liquid steel. A device according to the invention comprises a refractory end-part 3 fixed preferably by screwing to the end of the metal tube 1, at least one refractory lining 5 passed around the tube 1 and bearing on a support means such as a washer 13 rigidly fixed to the tube, elastic compression means 10 for exerting a force on this lining tending to press it onto the said support means 13, and, between the lining 5 and the metal tube, one or more thermally insulating layers 7, constituted advantageously by a tube made from material based on refractory fibres. Thus, when there is a stop in the blowing, reheating of the metal tube and the effect of the residual heat in the refractory lining is avoided.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de protection d'un tube métallique soumis à des conditions thermiques sévères. The present invention relates to a device for protecting a metal tube subjected to severe thermal conditions.

L'invention est applicable à tout dispositif du genre précité et en particulier, aux lances d'insufflation de pr-oduits d'affinage plongeant de façon répétitive dans un récipient métallurgique contenant une masse d'acier en fusion. The invention is applicable to any device of the aforementioned kind and in particular, to the blowing lances of refining products which are repeatedly immersed in a metallurgical container containing a mass of molten steel.

On notera que, dans la présente description, il est question d'un tube métallique à protéger, et notamment d'un tube servant à insuffler un fluide. I1 convient de bien préciser que l'invention peut également s'appliquer à un tube non parcouru par un fluide ou même à une tige métallique pleine. It will be noted that, in the present description, it is a question of a metal tube to be protected, and in particular of a tube serving to inject a fluid. It should be made clear that the invention can also be applied to a tube not traversed by a fluid or even to a solid metal rod.

Le but de l'invention est de réduire les risques de détérioration ou d'usure d'un tel dispositif lorsqu'on le met en oeuvre selon un cycle "Travail Repos" qui le soumet à des contraintes thermiques sévères. The object of the invention is to reduce the risks of deterioration or wear of such a device when it is implemented according to a "Work Rest" cycle which subjects it to severe thermal stresses.

L'invention fournit un dispositif de protection qui présente la particularité qu'il comprend un embout réfractaire rapporté sur l'extrémité du tube métallique, un moyen de support sur lequel vient en appui un revêtement réfractaire extérieur enfilé à distance autour du tube, et des moyens de compression élastique pour exercer sur ledit revêtement une force tendant à l'appuyer sur le moyen de support et qu'il est prévu, entre le revêtement réfractaire extérieur et le tube métallique, une manchette formée d'une ou plusieurs couches thermo-isolantes. Avantageusement la couche thermo-isolante est constituée par un tube en matériau à base de fibres réfractaires. The invention provides a protection device which has the particularity that it comprises a refractory end piece attached to the end of the metal tube, a support means on which bears an external refractory lining threaded at a distance around the tube, and elastic compression means for exerting on said coating a force tending to press it on the support means and that there is provided, between the outer refractory lining and the metal tube, a cuff formed of one or more heat-insulating layers . Advantageously, the heat-insulating layer consists of a tube made of a material based on refractory fibers.

Ainsi l'invention assure une bonne tenue du dispositif, en évitant une forte dilatation longitudinale du tube métallique central lorsque le dispositif est en phase "Repos" (par exemple une lance retirée du bain de métal en fusion), et cette dilatation découlant d'un échauffement par le rayonnement provenant du revêtement réfractaire chaud. Thus the invention ensures good resistance of the device, avoiding strong longitudinal expansion of the central metal tube when the device is in the "Rest" phase (for example a lance withdrawn from the molten metal bath), and this expansion resulting from heating by radiation from the hot refractory lining.

Une telle dilatation, comme on le comprend, séduirait lteffi- cacité de la précontrainte exercée sur cette virole par les moyens de "compression élastique".Such expansion, as we understand, would attract the effectiveness of the prestressing exerted on this ferrule by the "elastic compression" means.

Avantageusement le dispositif de protection, selon l'inventIon, est utilisé en combinaison avec un boltier de compression, par exemple celui décrit dans la demande de brevet français publiée sous le NO 2.398.804, et qui constit-ue les moyens de compression élastique auxquels, il est fait référence plus haut. Advantageously, the protection device according to the invention is used in combination with a compression bolt, for example that described in the French patent application published under No. 2,398,804, which constitutes the elastic compression means to which , reference is made above.

L'invention va être maintenant décrite en détail en s'aidant de la figure unique, qui est une coupe axiale d'un dispositif selon l'invention décrit à titre d'exemple. The invention will now be described in detail with the aid of the single figure, which is an axial section of a device according to the invention described by way of example.

Un tube métallique 1, constitutif de la lance immergeable représentée, se termine par une partie filetée 2 sur laquelle est fixé, par vissage, un embout répartiteur 3 muni de conduits 15 de répartition du fluide. Ces conduits peuvent etre remplacés par une buse d'ijection axiale. De préférence, 11embout contient un insert 4 servant de buse ou de répartiteur, et sans continuité thermique avec le tube 1. L'embout est en matière réfractaire, tel qu'un béton réfractaire à haute résistance à l'abrasion. Sa face supé rieure présente une surface tronconique de centrage 6, dont le rôle sera expliqué plus loin. A metal tube 1, constituting the submersible lance shown, ends in a threaded part 2 on which is fixed, by screwing, a distributor nozzle 3 provided with conduits 15 for distributing the fluid. These conduits can be replaced by an axial ejection nozzle. Preferably, the end piece contains an insert 4 serving as a nozzle or distributor, and without thermal continuity with the tube 1. The end piece is made of refractory material, such as refractory concrete with high abrasion resistance. Its upper face has a frustoconical centering surface 6, the role of which will be explained later.

Un revêtement réfractaire extérieur 5 est constitué d'un empilage de viroles ou de préférence d'une virole unique de grande longueur, entre 3 et 6 m dans le cas considéré, et d'un diamètre intérieur de 76 mm environ,est enfilée à distance autour du tube 1 et repose sur un moyen d'appui 13 qui est ici une simple rondelle solidaire du tu- be 1, et se trouve juste au dessus de l'embout. An outer refractory lining 5 consists of a stack of ferrules or preferably a single ferrule of great length, between 3 and 6 m in the case considered, and with an internal diameter of approximately 76 mm, is threaded at a distance around the tube 1 and rests on a support means 13 which here is a simple washer integral with the tube 1, and is located just above the end piece.

I1 est clair que le diamètre de cette rondelledoit être inférieur à celui de la virole 5, si l'on veut éviter que la rondelle vienne en contact avec le bain métallique dans lequel le tube sera plonge. Sur la partie de sa section qui est extérieure à la rondelle, la virole inférieure présente une surface tronconique 6', complémentaire de la surface tronconique 6 de l'embout. La coopération de ces deux surfaces a un double rôle, d'une part elle réalise un centrage correct de la virole par rapport a 1'embout et donc par rapport au tube, ce qui s'oppose à une compression accidentelle de la matière isolante dont on va parler ci-dessous, et d'autre part elle constitue un passage en chicane entre l'extérieur du dispositif et la rondelle 13.Le métal liquide peut se figer dans ce passage à chicane et compléter son étanchéité, au cas où on n'a pas obturé totalement ou partiellement ce passage avec une matière de scellement. It is clear that the diameter of this washer must be less than that of the shell 5, if one wishes to prevent the washer from coming into contact with the metal bath in which the tube will be immersed. On the part of its section which is external to the washer, the lower ferrule has a frustoconical surface 6 ′, complementary to the frustoconical surface 6 of the end piece. The cooperation of these two surfaces has a double role, on the one hand it achieves correct centering of the shell relative to the end piece and therefore relative to the tube, which is opposed to accidental compression of the insulating material, we will talk below, and on the other hand it constitutes a baffle passage between the exterior of the device and the washer 13.The liquid metal can freeze in this baffle passage and complete its sealing, in the event that n has not completely or partially blocked this passage with a sealing material.

Entre la virole et le tube sont empilées des manchettes en matière t-hermo-isolante 7 à base de fibres réfractaires, de diamètre extérieur d'environ 75 mm et de diamètre intérieur d'environ 56 mm. De telles manchettes sont avantageusement des tubes commercialisés sous la marque "KERLANE". Selon leur longueur individuelle, on enfile ces tubes en nombre suffisant pour former une manchette correspondant à la longueur du revêtement réfractaire 5. Between the ferrule and the tube are stacked cuffs made of t-hermo-insulating material 7 based on refractory fibers, with an outside diameter of about 75 mm and an inside diameter of about 56 mm. Such cuffs are advantageously tubes sold under the brand "KERLANE". Depending on their individual length, these tubes are threaded in sufficient number to form a cuff corresponding to the length of the refractory lining 5.

A l'extrémité de ce revêtement opposé à l'em- bout, se trouve un dispositif de compression élastique constitué d'une bague annulaire 8 vissée sur le tube 1, d'un disque 9 qui prend appui sur la face extrême de la virole 5 et de rondelles Belleville 10 empilées entre la bague 8 et le disque 9, et capables d'exercer une force d'environ 1000 daN. La bague et le disque présentent des rebords 11, 12 qui coulissent l'un dans l'autre, et qui empêchent la pénétration des poussières sur les rondelles Belleville. At the end of this coating opposite the end piece, there is an elastic compression device consisting of an annular ring 8 screwed onto the tube 1, of a disc 9 which bears on the end face of the ferrule 5 and Belleville washers 10 stacked between the ring 8 and the disc 9, and capable of exerting a force of approximately 1000 daN. The ring and the disc have flanges 11, 12 which slide one inside the other, and which prevent the penetration of dust onto the Belleville washers.

Par ailleurs, le disque 9 est prévu avec un diamètre intérieur suffisamment grand pour pouvoir cor les ser le cas échéant sur la manchette 7. En outre, un ou plusieurs anneaux thermo-isolants 14 peuvent etre avantageusement prévus entre le disque 9 et le revêtement ré fractaire extérieur 5 pour couper les ponts thermiques et améliorer notamment la tenue du système de compensation 10. In addition, the disc 9 is provided with an internal diameter large enough to be able to tighten them if necessary on the cuff 7. In addition, one or more heat-insulating rings 14 can advantageously be provided between the disc 9 and the coated lining. outdoor fraction 5 to cut the thermal bridges and in particular to improve the performance of the compensation system 10.

Pendant le cycle de travail de ce dispositif, le tube métallique central 1 est refroidi par le passage du gaz, et le réfractaire 5 se dilate sous l'effet de l'aug- mentation de température par immersion -dans un bain de métal en fusion à traiter par ledit gaz. A la fin du traitement, la lance est retirée du bain, et durant cette phase d'attente, le tube, qui n'est plus refroidi par suite de l;arrêt du soufflage gazeux, absorbe des calories emmaoa- sinées dans le réfractaire 5, entraînant une dilatation du tube qui vient directement en opposition à l'action de compression du boîtier de compensation. La présente invention permet de minimiser cette dilatation, et améliore la durée de vie de ce dispositif. During the working cycle of this device, the central metal tube 1 is cooled by the passage of gas, and the refractory 5 expands under the effect of the increase in temperature by immersion in a bath of molten metal to be treated with said gas. At the end of the treatment, the lance is withdrawn from the bath, and during this waiting phase, the tube, which is no longer cooled as a result of the stopping of the gas blowing, absorbs calories stored in the refractory 5 , causing an expansion of the tube which comes directly in opposition to the compression action of the compensation box. The present invention makes it possible to minimize this expansion, and improves the life of this device.

Bien entendu, l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalent dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. Of course, the invention cannot be limited to the example described, but extends to multiple variants or equivalent insofar as the characteristics set out in the appended claims are respected.

En particulier, la rondelle de support 13 solidaire du tube 1 peut fort bien être remplacée, comme c'est le cas de la lance décrite dans la demande de brevet prémentionnée, par un manchon métallique monté autour du tube central 1 et présentant, d'une part, à sa base un é- paulement annulaire qui offre une surface d'appui au revêt tement du réfractaire 5 et, d'autre part, à sa partie supérieure, le dispositif 10 décrit précédemment pour la compression élastique du revêtement 5. Ce manchon peut etre relié au tube central, soit par une liaison rigide, auquel cas, l'effort de serrage de l'embout sur le revetement réfractaire 5 est assuré par le degré de vissage de cet embout sur l'extrémité du tube central, soit par une liaison élastique au moyen d'un second dispositif de compression, similaire au précédent, auquel cas c'est le tube central lui-même qui, mis en traction, assure le serrage de l'embout sur le revêtement réfractaire 5. In particular, the support washer 13 integral with the tube 1 may very well be replaced, as is the case with the lance described in the aforementioned patent application, by a metal sleeve mounted around the central tube 1 and having, on the one hand, at its base an annular shoulder which provides a bearing surface for coating the refractory 5 and, on the other hand, at its upper part, the device 10 described above for the elastic compression of the coating 5. This sleeve can be connected to the central tube, either by a rigid connection, in which case, the clamping force of the end piece on the refractory lining 5 is ensured by the degree of screwing of this end piece on the end of the central tube, or by an elastic connection by means of a second compression device, similar to the previous one, in which case it is the central tube itself which, when pulled, ensures the tightening of the end piece on the refractory lining 5.

De même, l'embout 3 peut etre rapporté sur l'extrémité de la lance autrement que par vissage. Cependant, on aura avantage à conserver une fixation permettant de le ren- dre amovible. Similarly, the tip 3 can be attached to the end of the lance other than by screwing. However, it will be advantageous to keep a fixing allowing it to be made removable.

Claims

1. Device for protecting a metal tube (1) subjected to severe thermal conditions, characterized in that it comprises a refractory end piece (3) attached to the end of the metal tube, a support means (13) on which bears an outer refractory lining (5) of cylindrical shape and threaded at a distance around the tube (1), elastic compression means (10) for exerting on said coating a force tending to press it on said support means , and a thermally insulating sleeve (7) housed between the refractory lining (5) and the tube (1).

2. Device according to claim 1-, characterized in that the heat-insulating sleeve (7) is constituted by a tube made of material based on refractory fibers.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the end piece and the refractory lining have on their opposite faces complementary frustoconical surfaces (6,6 ') which oppose accidental radial compression of the insulating sleeve and constitute a baffle passage between the support means (13) and the exterior of the device.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support means (13) consist of a washer integral with the central tube (1).

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support means consist of a sleeve mounted around the central tube (1) externally supporting the refractory lining (5) by means of an annular shoulder provided for this bat effect of the sleeve, and comprising at its upper part, said elastic compression means (10), said sleeve further having means for fixing to the central tube (1).

6. Device according to claim 5, characterized in that said fixing means are constituted by a rigid connection.

7. Device according to claim 5, characterized in that said fixing means are constituted by elastic compression means similar to the means (10) for compressing the outer refractory lining (5).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the end piece (3) is fixed to the end of the central tube (1) by screwing.