LU87156A1 - Tuyere pour lance d'affinage - Google Patents

Description

A 834

Demande de brevet de ...................................................

Désignation de l’Inventeur NEYEN René, Administration Centrale de l'ARBED ( ) Le soussigné................................................................................................................................................................................

..............................................Çase.PQs.tale...l.8.Û2.,....L..-...293Q..LUXEMB.OIJRG.............................................................

agissant en qualité de$gp#£jyy(— de mandataire du déposant — (2) ..........................ARBED...a,/\,....................................................................................................................................

..................................Avenue-de-la-Liberté...........................................................................................................................

.................................L..“.29M..LUffiMBgURG.............................................................................................................................

(3) de l’invention concernant : .......Jyy:§J.e...pour...lance...d!.a££inage................................................................................................................................

désigné comme inventeur(s) : 1. Nom et prénoms hŒ.NRIQN...£omain................................................................................................................................

Adresse 127 me Jean-Pierre Michels, L -. 4243_ESCH-SyR-^ZETTE_ _ 2. Nom et prénoms KLEIN.Henri.........................................................................................................................................

Adresse 141 Avenue de la Liberté, L._.4602_NIEDE^ORN

3. Nom et prénoms KNAFF François.............................................................................................................................

Adresse . 2. A. nie..de ..1.'Acier,...4505..ΝΙβρΕΡΚΟ1^.......................................................................................

Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.

..Luxembourg...................................... le .ll...mars......................................19..-88- c (signature) A 68026__ (') Nom, prénoms, firme, adresse.

(2) Nom, prénoms et adresse du déposant.

A 834

Q 7 1 8¾ AîRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

Brevet N® I J V

» du .... ______1 1 «MS 1988..... . A Monsieur le Ministre de l’Économie et des Classes Moyennes

Titre délivré......................................... Service de la Propriété Intellectuelle

——' LUXEMBOURG

jjtM. Demande de Brevet d’Inveni^^— ï. Requête Q 2 "üb“ ARBED S.A. «ο I Ianl " ni ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Uo j...................tzEicwt;- w

Avenue de la Liberté, L - 2930 LUîŒMBOURG^.....________________________________________________________________________________________________ .représentée par Messieurs NHYEN Rene, ^ingénieur (2) .......................................................................................

déposent) ce ....on2e._.mrs....l9U.0....qua4re-ving4-feuit··-------------------------------------------------------------------------- (3) à........((Λ._____________heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (4) ....T.uy.ère....pQur....lance....d.'..affimge.__________________________________:_________________________________________________________________________________________________________ 2. la délégation de pouvoir, datée de Luxembourg__________________________ le 10... marS...1988_________________ 3. la description en langue française____________________________________de l’invention en deux exemplaires; 4...........3_________________planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le 11 mars 1988______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) : ......................................................................................................................................................................................................................................................................... (5) voir désignation de l'inventeur____________________________________________________________________________________________ revendique(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6).............................................................................................. déposée(s) en (7).................................................................................................................

le ........................................................................................................................................................................................................................................................ (8) au nom de...................................................................................................................................................................................................................................... (9) élit(élisent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg__________________________ ARBED S .A.. A.C., Case Postale 1802,.....L - LUXEMBOURG_________________________________________________________(10) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à 18_____________________________________________________mois. (11)

Le mandataire ...............................

René Neyen n. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du :

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ir /*^'**Ψ\ H*“*™ à_________// a____________heures ff \ de l’Économie e^jp^Claéses Moyennes,

XX

- *«”"_Vt_ // i_ *, £/> Ç (1) Nom, prénom, firme, adresse — (2) s’il a lieu «représeafé^Balit^aglssant en qualité de mandataire — (3) date du dépflt '. * en toutes lettres — (4) -titre de l’invention — (5) noms et adresses — (61 brevet certificat d’addition, modèle d’utilité — (7) A 834

Demande de brevet Déposant: ARBED S.A.

Avenue de la Liberté L - 2930 Luxembourg

Tuyère pour lance d’affinage.

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Tuyère pour lance d’affinage.

La présente invention concerne une tuyère pour lance d'affinage et en particulier une tuyère pour fournir de l'oxygène de postcombus-5 tion à l'espace situé au-dessus d'un bain métallique en voie d'affinage.

On connaît des lances d'affinage qui possèdent, en dehors des tuyères verticales fournissant l'oxygène supersonique d'affinage, 10 plusieurs tuyères auxilières, inclinées entre 25° et 60° (voir par exemple les brevets LU 78 906 et LU 83 814) par rapport à l'axe vertical, débitant des jets d'oxygène servant à la postcombustion. Etant donné que ces jets d'oxygène sont subsoniques, les tuyères auxiliaires sont alimentées par un circuit d'oxygène indépendant qui 15 permet une régulation en débit. Il est également connu (voir le brevet LU 82 846) de munir les conduits des tuyères qui guident l'oxygène de postcombustion, de moyens pour augmenter lé degré de turbulence du jet. Ces moyens peuvent consister en des tôles disposées dans les conduits des tuyères secondaires de manière à former 20 des spirales; dans une autre forme d'exécution, on munit les parois des conduits de rainures qui peuvent être soit circulaires et disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe du conduit, soit spiralées. Les angles d'inclinaison des jets d'oxygène de postcombustion sont imposés par ceux des tuyères; une fois déterminés par des 25 essais ou des méthodes empiriques (tenant compte des inclinaisons des jets d'oxygène primaire, de leur disposition, des dimensions du convertisseur, de la hauteur de la tête de lance au-dessus du bain, etc.), ces angles restent constants. Ces tuyères ne permettent ni de balayer l'espace au-dessus du bain avec des jets d'oxygène, ni - 2 - d'envoyer l'oxygène de postcombustion dans le convertisseur sous un angle fonction de la phase d'affinage en cours.

Le brevet LU 86 329 décrit une tuyère supersonique fournissant 5 l'oxygène de postcombustion sous inclinaison variable à l'espace au-dessus d'un bain métallique. Elle comporte une paroi le long de laquelle le gaz s'écoule en ligne droite avant d'aboutir à une arête aiguë, constituant une partie de l'embouchure. C'est à la hauteur du sommet de cette arête pointue que le jet se détend et est dévié. 10 L'angle de déflection varie en fonction de la pression du gaz au niveau de l'arête c.à d. plus la pression du gaz y est élevée, plus l'angle de déflection est important; par contre l'effet de déflection par l'arête est pratiquement nul lorsque le gaz y possède une vitesse subsonique. En variant la pression du gaz alimentant la 15 tuyère entre des limites préétablies, on arrive à balayer un angle qui se rapproche de quelque 30°; les turbulences qui en résultent dans le convertisseur favorisent la création d'une zone étendue, alimentée en permanence par de l'oxygène. Bien que cette tuyère possède un taux de postcombustion supérieur à celui des tuyères 20 classiques, elle reste perfectible. En effet suite à des contraintes constructives -place disponible dans la tête de lance- il n'est pas possible de disposer ces tuyères sur tout le pourtour de la tête de lance, mais seulement en quelques endroits discrets, de sorte que l'espace n'est alimenté que de façon incomplète.

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La présente invention a comme but de proposer une tuyère qui permet de créer une couche pratiquement homogène d'oxygène au-dessus du bain métallique du convertisseur.

30 Ce but est atteint par la tuyère selon l'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications indépendantes. Des variantes préférentielles sont décrites dans les revendications dépendantes.

L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide de dessins qui en 35 montrent des formes d'exécution possibles: - 3 - - la flg. 1 présente de manière schématique une lance d'affinage munie des tuyères selon l’invention, - la fig. 2 une variante d'une lance d'affinage selon l'invention, , - la fig. 3 une coupe à travers la fig. 2 selon la ligne III-III et 5 - la fig. 4 une coupe à travers deux tuyères voisines exécutées selon une autre variante.

On distingue en fig. 1 le corps de la lance 1 ainsi que trois jets d'oxygène d'affinage 2 sortant de la tête de lance. En retrait de la 10 tête de lance, à une distance de quelques dizaines de centimètres, se trouvent les embouchures 3 de plusieurs tuyères disposées tout autour du corps de lance et fournissant l'oxygène de postcombustion. Ces tuyères possèdent en amont de leur embouchure un col (facultatif) précédé par un convergent. Les côtes verticaux de l'embouchure 15 possèdent des arêtes vives sinon aigues alors que les côtés disposés horizontalement sont de préférence arrondis. Toutes ces tuyères peuvent être alimentées en parallèle à partir d'une source d'oxygène et d'une vanne unique réductrice de la pression (non représentée). Il faudra veiller à dimensionner les conduits d'amenée de manière à 20 éviter des différences de pression (pertes de charge différentielles) entre les tuyères et également entre différents endroits d'une embouchure. Un capteur de pression (non représenté) mesure la pression réelle P à l'entrée d'une des tuyères. Cette pression P est comparée à une pression de consigne Po et en cas de différence une ’ 25 boucle de régulation agit sur le degré d'ouverture de la vanne.

La pression Po est déterminée par des essais de routine de manière à avoir une déflection telle que l'espace avoisant de l'embouchure, soit approvisionné uniformément en oxygène. Lorsqu'on alimente une 30 tuyère 3 sous une pression qui va en s'élevant depuis une pression nulle, le jet gazeux sort à une vitesse qui augmente. A partir d'une pression limite, fonction des détails constructifs de la tuyère, la vitesse du gaz à la sortie devient sonique. Des augmentations supplémentaires de la pression d'alimentation n'agissent plus sur la 35 vitesse du gaz à la sortie qui reste sonique, mais élèvent sa pression interne. A la hauteur de l'embouchure, le jet se détend tout en étant le siège d'une multitude d'ondes de choc qui sont à la - 4 - base d'une augmentation de vitesse du jet et de sa déviation bilatérale. L’angle de déflection varie en fonction de la pression du gaz au niveau de l’embouchure, c.à d. plus la pression du gaz y est élevée, plus la déviation - et la quantité de gaz déviée - est 5 importante; par voie de conséquence le rapport des quantités de gaz qui sortent en ligne droite de la tuyère et de celles qui sont déviées des deux côtés latéraux des tuyères diminue. Il apparaît qu’il y a une plage de pression à l’intérieur de laquelle on obtient l'approvisionnement le plus uniforme de l’espace en regard d’une 10 tuyère. Il existe évidemment aussi une déviation du jet autour des côtés supérieur et inférieur de l'embouchure; comme ces côtés sont de faible largeur et légèrement arrondis, l’effet est peu prononcé. Au vu de la vitesse élevée sous laquelle les jets d’oxygène sortent des tuyères en direction du revêtement réfractaire, on pourrait 15 s'attendre à une usure rapide de celui-ci. Or rien de tel n'a été observé; il semble que le jet n'atteint pas le réfractaire par suite d'un freinage dû à une interaction de la détente du jet avec les ondes de choc; les turbulences qui en résultent sont favorables à une combustion du monoxyde de carbone.

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Par suite de contraintes constructives, il n'est dans beaucoup de cas pas faisable de disposer les tuyères de postcombustion tel que montré en fig. 1. Il est cependant possible de modifier une tête de lance 20 standard (voir fig. 2) avec trous de postcombustion ronds 25 21 - prévue pour un soufflage subsonique - pour qu'elle crée une couche d'oxygène telle que préconisée par l'invention. A cet effet on introduit de l'extérieur dans les trous des pièces d'insertion 31 qui réalisent une région convergente et un col et modifient l'embouchure de manière à avoir des arêtes vives 33 verticales et paral-30 lèles. Ces arêtes, distantes par exemple d'un centimètre, sont reliées en haut et en bas par des parties courbes épousant le profil des trous d'origine. Bien que la section du trou de soufflage soit fortement diminuée par le montage des pièces 31, la quantité de gaz soufflée dans l'espace est néanmoins augmentée, étant donné que le 35 soufflage se fait à vitesse supersonique.

Il va sans dire que lorsqu'on alimente des tuyères classiques de - 5 - postcombustion sous une pression telle que le jet d’oxygène devient supersonique à la sortie, il y a également déviation autour des embouchures, mais celle-ci n'est pas préférentielle; le jet ne fait • que diverger autour de l’axe de soufflage — avec angle de divergence 5 proportionnel à la pression - sans fournir avec les jets avoisinants une couche gazeuse liée, voire homogène.

Notons qu'il n'est pas trop gênant que les tuyères de postcombustion possèdent une inclinaison de quelques dizaines de degrés par rapport 10 à l'axe vertical et qu'à la limite elles soient disposées en cercle entourant les tuyères d'affinage, sur le devant de la lance. La couche d'oxygène, au lieu d'être horizontale comme dans le cas de la fig.l, sera inclinée vers la surface du bain métallique en ébauchant une allure comparable à celle d'un parapluie aux trois-quarts 15 ouvert. Dans la disposition des tuyères décrite en rapport avec la fig.l, tout le monoxyde de carbone sortant du bain doit traverser la couche liée d'oxygène avant d'atteindre la cheminée. Dans cette variante, comme les jets visent le bain, une partie du CO sortant du bain à l'extérieur de la surface délimitée par la couche inclinée 20 d'oxygène, ne sera pas brûlée; cependant cette quantité ne représente qu'une faible partie de la quantité totale. L'essentiel est que la combustion se fait dans ce cas à plus faible distance du bain, d'où meilleur rendement thermique.

P

25 Lorsque les tuyères de postcombustion ne sont pas distribuées uniformément sur le pourtour de la tête de lance, mais groupées deux par deux, il est conseillé de modifier l'axe de soufflage des tuyères de sorte à obtenir une meilleure distribution de l'oxygène dans l'espace entre deux paires de tuyères. En fig. 4 une telle 30 paire de tuyères 43 a été représentée. Les pièces d'insertion 41 présentent uniquement une partie convergente, sans col et modifient l'axe de soufflage 42 de la tuyère en direction des paires de tuyères avoisinantes. En supplément à cet artifice, il y a possibilité de reporter les arêtes du côté de l'embouchure avoisinant les 35 autres paires de tuyères, vers l'intérieur du corps (voir ref. 44) de manière à provoquer de ces côtés une déviation du jet avant sa sortie de la tête de lance.

Claims (10)

1. Tuyère pour lance d’affinage et en particulier tuyère pour fournir l'oxygène de postcombustion à l'espace situé au-dessus 5 d'un bain métallique en voie d'affinage, située dans le prolonge ment d'un conduit d'amenée de gaz la reliant par l'intermédiaire d'une vanne réductrice de pression à une source d'oxygène, possédant une embouchure et en amont de cette embouchure une partie convergente et éventuellement un col, caractérisée en ce 10 que cette embouchure présente deux arêtes vives allongées, parallèles, disposées dans des plans passant sensiblement par l'axe de la lance et reliées en haut et en bas par des arêtes qui sont de préférence légèrement arrondies.

2. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport des longueurs entre les arêtes vives allongées et celles les reliant en haut et en bas, est au moins égal à trois.

3. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux 20 arêtes vives sont au plus distantes de 15 mm.

4. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les arêtes vives forment un angle de 90°.

5. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une des arêtes vives est aiguë, l'autre obtue.

6. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une des arêtes vives est disposée en retrait par rapport à l'autre 30 arête.

7. Tuyère selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le pression du gaz au niveau de l'embouchure est au moins égale à 200.000 Pascal. i . * - 2 -

8. Tuyère selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce les deux arêtes vives allongées sont parallèles à l'axe de la lance.

9. Tuyère selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que son axe est incliné jusqu'à 50° par rapport à l'axe de la lance.

10. Tuyère selon une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un col est disposé entre le convergent et l'embouchure. 1