[0001] La présente invention se rapporte à un nez de lance de soufflage, destinée au brassage
de bains, comprenant
- un tube central d'alimentation en gaz de brassage, fermé à une extrémité tournée vers
le bain par une première paroi frontale pourvue d'au moins deux ouvertures,
- un tube interne formant avec le tube central une première cavité annulaire pour le
passage d'un liquide de refroidissement et terminé à une extrémité tournée vers le
bain par une deuxième paroi frontale, appelée séparateur, présentant une ouverture
centrale et un orifice de passage par ouverture prévue dans ladite première paroi
frontale,
- un tube externe formant avec le tube interne une deuxième cavité annulaire pour le
passage du liquide de refroidissement et fermé à une extrémité tournée vers le bain
par une troisième paroi frontale présentant un orifice de sortie par ouverture prévue
dans ladite première paroi frontale et présentant une surface interne comprenant une
zone centrale conique qui est dirigée vers ladite ouverture centrale et qui présente
une surface d'enveloppe incurvée en section axiale,
- un espace d'échange thermique qui est situé entre, d'une part, ladite deuxième paroi
frontale et ladite surface interne de la troisième paroi frontale et, d'autre part,
ladite ouverture centrale et ladite deuxième cavité annulaire, et dans lequel s'écoule
le liquide de refroidissement, et
- un conduit de sortie pour le gaz de brassage appelé injecteur, partant de chaque ouverture
dans ladite première paroi frontale et allant jusqu'audit orifice de sortie correspondant
en passant par ledit orifice de passage correspondant d'une manière étanche au liquide
de refroidissement.
[0002] Dans la suite de la description, les termes « zone centrale conique qui est dirigée
vers ladite ouverture centrale et qui présente une surface d'enveloppe incurvée en
section axiale » seront, pour des raisons de simplicité, parfois uniquement exprimés
par les termes « dépression centrale ».
[0003] Le nez de lance de soufflage tel que décrit dans la présente invention est utilisé,
entre autres, dans les convertisseurs à oxygène pour la fabrication de l'acier (BOF
Basic Oxygen Furnace, AOD Argon Oxygen Decarburization). Les convertisseurs permettent
d'obtenir de l'acier en injectant de l'oxygène dans un bain de fonte liquide afin
de brûler le carbone contenu dans celle-ci. Le principe de base dans le domaine du
soufflage d'oxygène dans les convertisseurs (par exemple LD (pour Linz-Donawitz))
est de propulser 3 à 6 jets d'oxygène disposés en couronne sur un bain de fonte liquide.
La lance qui permet la formation de ces jets d'oxygène est alors placée à une distance
de 1 à 5 m au-dessus d'un bain de fonte en fusion dont la température peut atteindre
1700 °C.
[0004] La température du nez de la lance peut alors croître rapidement jusqu'à 400 °C et
devoir rester dans cet environnement durant environ 20 minutes. Le nez est alors retiré
et revient à la température ambiante, c'est-à-dire 20 °C. Ces contraintes endommagent
les nez de lance utilisés pour les bains de convertisseurs d'aciérie et typiquement,
la durée de vie de ceux-ci est réduite suite aux importantes sollicitations auxquelles
ils sont soumis, pendant un nombre significatif d'utilisations successives.
[0005] Pour améliorer le refroidissement des nez de lance, des espaces d'échange thermique
ont été développés afin qu'un liquide de refroidissement puisse circuler le long de
la paroi interne tournée vers le bain du nez de lance. Lorsqu'un liquide de refroidissement,
généralement de l'eau, circule le long de la paroi frontale, les calories du métal
formant cette paroi sont transférées à ce liquide de refroidissement. De cette manière,
la température du nez de lance est uniformisée sur l'entièreté du nez, et non plus
particulière élevée uniquement au niveau des parois exposées au bain.
[0006] Une mauvaise circulation du liquide de refroidissement peut également engendrer une
élévation locale de la température du liquide de refroidissement. En conséquence,
localement le liquide peut passer en phase vapeur sous la contrainte thermique. Il
en résulte la formation de cavités remplies de gaz piégées au sein du liquide de refroidissement.
Cette formation de cavités gazeuses dans un liquide est connue sous le nom de phénomène
de cavitation. Ces phénomènes de cavitation provoquent alors une diminution de l'efficacité
du refroidissement de la paroi frontale étant donné que l'échange thermique entre
une phase gazeuse et une phase solide est beaucoup moins bon qu'entre une phase liquide
et une phase solide. Si le refroidissement n'est pas uniforme sur toute la paroi exposée
aux variations thermiques, des tensions mécaniques apparaissent entre les différentes
zones de cette paroi. Cette répartition inhomogène de la température engendre, en
conséquence, une diminution de la longévité du nez de lance. En effet, ce dernier
présente, après quelques cycles de fonctionnement, des dérèglements qui limitent considérablement
sa durée de vie.
[0007] Les documents
US4432534 et
WO9623082 présentent, par exemple, des nez de lance conçus pour permettre l'écoulement d'un
liquide de refroidissement à grande vitesse le long de la surface interne de la paroi
frontale, cette même paroi frontale présente une légère dépression centrale afin d'optimiser
cet écoulement.
[0008] Le document
EP0340207 prévoit quant à lui une dépression importante dans la zone centrale du nez de lance
sur laquelle sont dirigés des jets secondaires de liquide de refroidissement provoquant
un tourbillonnement dans l'écoulement du liquide.
[0009] Le document
WO0222892 tente d'améliorer davantage l'écoulement du liquide de refroidissement dans l'espace
d'échange thermique du nez de lance en développant une dépression centrale dans la
face tournée vers le bain ayant un rapport bien déterminé entre hauteur et base de
cette dépression. Ce rapport permet à l'espace d'échange thermique d'avoir une section
pour le passage du liquide de refroidissement sensiblement constante de manière à
obtenir une vitesse de passage du liquide de refroidissement à travers cet espace
qui soit approximativement constante.
[0010] Le document
DE 19506718 décrit un nez de lance de soufflage utilisé dans ou au-dessus d'acier liquide et
présentant un système de refroidissement basé sur la différence de rugosité entre
les deux parois de l'espace d'échange thermique, à savoir le séparateur et la surface
interne de la troisième paroi frontale. Le rapport entre la différence de rugosité
et le rayon minimum de courbure de la surface exposée à l'acier liquide doit être
maintenu constant pour assurer un bon refroidissement. Le document
US2012/0211929 A1 divulgue un autre exemple de l'art antérieur connu concernant un nez de lance de
soufflage.
[0011] Lorsque le refroidissement des nez de lance n'est pas efficace, outre l'apparition
des tensions mécaniques, il a également été constaté qu'un phénomène d'érosion de
la paroi frontale apparaît en périphérie des orifices de sortie des conduits pour
le gaz de brassage.
[0012] Dans la suite de la description, l'expression « conduit de sortie de gaz de brassage
» sera, pour des raisons de simplicité, exprimé parfois seulement par le terme injecteur.
[0013] Le diamètre des orifices de sortie des injecteurs tend à augmenter suite à l'érosion
des bords de ceux-ci. Cette augmentation de diamètre déforme les jets d'oxygène, ce
qui provoque, en plus de la destruction du nez de lance, une dispersion de ces jets
et en conséquence une diminution de l'efficacité de ceux-ci. La réaction d'oxydation
du carbone est, en effet, favorisée par la profondeur de pénétration des jets dans
le bain et par le brassage de celui-ci. Les nez de lance étant placés à une distance
de 1 à 5 m au-dessus du bain de fonte, afin d'être efficaces, les jets doivent présenter
un profil cohérent sur une distance la plus longue possible. Le rendement de réaction
est alors diminué lorsque ces jets sont dispersés car ils pénètrent moins profondément
dans le bain de fonte. Le rendement de réaction dans le bain n'est, dès lors, pas
optimal et présente de surcroit une variabilité importante au cours de la durée de
vie du nez de lance.
[0014] Un refroidissement efficace est donc important pour le bon fonctionnement des nez
de lance, car il a comme avantage d'augmenter la durée de vie de ceux-ci mais également
de garantir une meilleure stabilité de rendement de réaction tout en long de leur
durée de vie et ce en minimisant l'érosion au niveau des bords de la paroi frontale.
Seulement, un tel refroidissement est aussi très difficile à mettre en œuvre, dans
les conditions extrêmes rencontrées pendant l'utilisation des nez de lance.
[0015] Bien que les documents décrits ci-dessus contribuent à l'amélioration de la technique
de refroidissement des nez, malheureusement, ils ne présentent toujours pas une durée
de vie suffisante et n'assurent pas un rendement de réaction dans le bain qui soit
stable tout au long de cette durée de vie.
[0016] La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients de l'état de la technique
en procurant un nez de lance simple à fabriquer dont la durée de vie est augmentée
et qui permet d'assurer un rendement de réaction dans le bain de fonte amélioré et
stable tout au long de la durée de vie du nez de lance.
[0017] Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention, un nez de lance tel
qu'indiqué au début dans lequel le séparateur présente à l'ouverture centrale un bord
en section axiale qui est incurvé tel qu'une hauteur H3 est définie entre un front
dudit bord et ladite surface interne de la troisième paroi frontale et que dans l'espace
d'échange thermique une hauteur minimum prédéterminée H1 est présente du côté de ladite
ouverture centrale tel que le rapport H1/H3 est compris entre 5 % et 80 %, avantageusement
entre 5 % et 75 %, de préférence compris entre 5 % et 70 %, de manière préférentielle
compris entre 5 % et 65 %, de manière particulièrement avantageuse entre 5 % et 60
%, de préférence entre 10 % et 60 %, avantageusement entre 15 % et 60 %, de préférence
compris entre 20 % et 60 %, de manière préférentielle compris entre 25 % et 60 %,
de manière particulièrement avantageuse entre 25 % et 55 %, de préférence entre 30
% et 55 %.
[0018] Contrairement aux documents cités ci-dessus, il a été découvert que l'écoulement
du liquide de refroidissement pouvait être amélioré de manière surprenante en agissant
à la fois sur la configuration du séparateur, en particulier son bord à l'ouverture
centrale, et sur son positionnement par rapport à la troisième paroi frontale.
[0019] En effet, d'une part, le bord du séparateur à l'ouverture centrale, grâce à sa section
axiale incurvée, permet au liquide de refroidissement, arrivant de la première cavité
annulaire, d'effectuer une rotation progressive entre ce bord courbe et la dépression
centrale de la surface interne de la troisième paroi frontale pour arriver sans perturbation
dans l'espace d'échange thermique.
[0020] Les injecteurs dans le nez de lance représentent des obstacles qui se trouvent sur
la trajectoire du liquide de refroidissement, tout d'abord entre la première et la
deuxième paroi frontale et ensuite dans l'espace d'échange thermique entre la deuxième
et la troisième paroi frontale. Il y a donc lieu de « tranquilliser » le liquide de
refroidissement après le contournement du premier obstacle que sont les injecteurs
entre la première et la deuxième paroi frontale. Ce rôle est atteint selon la présente
invention par le bord du séparateur qui est incurvé en section axiale et qui permet
de former à l'ouverture centrale et dans l'espace d'échange thermique des sections
de passage pour le liquide de refroidissement optimisées.
[0021] De plus ce bord incurvé en section axiale du séparateur permet de minimiser les pertes
d'énergie dans l'écoulement du liquide de refroidissement ce qui améliore l'accélération
de ce liquide lors de son passage entre le bord courbe du séparateur et la zone centrale
conique de la surface interne de la troisième paroi frontale, avant son arrivée dans
l'espace d'échange thermique. Cette première accélération est régulée par la section
de passage du liquide de refroidissement entre le bord du séparateur et la dépression
centrale. Dans le volume contenu dans le cône passant par les axes de révolution des
injecteurs, H1 est la hauteur minimale du passage d'eau le long de la surface interne
de la troisième paroi frontale, dans l'espace d'échange thermique. Cette première
accélération permet d'améliorer le refroidissement de la partie centrale du nez de
lance qui est la partie où la surface d'échange métal/liquide est le moins importante
et donc la zone la plus difficile à refroidir.
[0022] Par les termes « section de passage », on entend, selon la présente invention, une
section prise perpendiculairement au sens d'écoulement du liquide de refroidissement.
[0023] D'autre part, le positionnement du séparateur par rapport à la troisième paroi frontale
permet de former un espace d'échange thermique présentant une hauteur prédéterminée
qui régule l'accélération du liquide de refroidissement. Le séparateur selon la présente
invention est sensiblement plan et sensiblement parallèle à la troisième paroi frontale
assurant ainsi un écoulement du liquide de refroidissement à turbulence et phénomène
de cavitation réduits.
[0024] Le nez de lance selon la présente invention permet donc à la fois d'optimiser la
trajectoire du liquide de refroidissement, ce qui minimise les turbulences, et d'améliorer
l'accélération de ce liquide pour refroidir efficacement la paroi exposée aux contraintes
thermiques. Par conséquent, la durée de vie du nez de lance selon la présente invention
est considérablement augmentée et l'érosion des bords de sortie des injecteurs est
minimisée de manière à ce que le rendement de réaction dans le bain est amélioré et
maintenu stable tout au long de la durée de vie du nez de lance. En effet, un bon
refroidissement permet de diminue l'érosion des bords de sortie pour le gaz de brassage,
ce qui permet d'obtenir des jets plus cohérents à la sortie des injecteurs. Ces jets
plus cohérents pénètrent plus profondément dans le bain de fonte et assurent un meilleur
brassage de celui-ci, assurant ainsi une amélioration du rendement de la réaction
dans le bain. De plus, les gaz et les poussières émis à la surface du bain et remontant
vers le nez de lance impactent moins la dégradation du nez lorsque le refroidissement
de celui-ci est amélioré comme pour le nez de la présente invention. En conséquence,
la durée de vie du nez selon la présente invention est augmentée.
[0025] Dans une autre forme de réalisation particulière, le nez de lance selon la présente
invention, présente un diamètre extérieur prédéterminé D
ext et ledit bord du séparateur est défini par une épaisseur e1 de sorte que le rapport
e1/D
ext est compris entre 3 % et 30 %, de préférence compris entre 4 % et 25 %, avantageusement
entre 5 % et 20 %, de manière préférentielle entre 5 % et 15 %.
[0026] L'épaisseur, e1, du bord du séparateur est la distance, prise parallèlement à l'axe
de révolution des injecteurs, entre la surface tournée vers la première paroi frontale
et la surface tournée vers le bain du séparateur. Cette épaisseur particulière du
bord du séparateur permet d'une part d'améliorer davantage la rotation du liquide
de refroidissement autour du bord du séparateur qui fait face à la dépression centrale.
D'autre part, l'épaisseur particulière du bord du séparateur permet de réduire avantageusement
les pertes d'énergie lors de l'écoulement du liquide de refroidissement. La diminution
des pertes d'énergie mène à son tour au maintien de l'accélération du liquide et donc
à l'optimisation du refroidissement du nez.
[0027] De manière avantageuse, le séparateur du nez de lance présente une surface, tournée
vers le bain, sensiblement sinusoïdale.
[0028] Par les termes « surface sinusoïdale », on entend une surface qui forme une courbe
ondulée, c'est-à-dire qui possède par exemple une partie convexe entre deux parties
concaves. Le séparateur possédant une surface sinusoïdale présente, dès lors, une
partie convexe entre deux parties concaves par rapport à la troisième paroi frontale.
Une épaisseur minimum est en conséquence située entre deux épaisseurs maximum du séparateur.
[0029] Cette surface sinusoïdale a comme avantage d'offrir au liquide de refroidissement
une section de passage dans l'espace d'échange thermique améliorée. En effet, comme
mentionné ci-dessus, une première accélération du liquide de refroidissement survient
avant l'entrée dans l'espace d'échange thermique. La surface sinusoïdale du séparateur
a comme conséquence d'augmenter la section de passage pour le liquide de refroidissement
sensiblement au centre du séparateur. En effet, les injecteurs qui traversent le séparateur
sensiblement en son centre, encombrent l'espace d'échange thermique. C'est donc à
cet endroit que le séparateur est rendu concave (présente un renflement vers l'intérieur)
pour laisser de la place pour le passage du liquide de refroidissement. La forme sinusoïdale
de la surface tournée vers le bain du séparateur permet donc d'amoindrir les pertes
d'énergie lors du second contournement des injecteurs entre le séparateur et la surface
interne de la troisième paroi frontale. Cette surface sinusoïdale est avantageuse
pour le bon refroidissement de la paroi exposée au bain de fonte liquide.
[0030] De préférence, ladite surface tournée vers le bain sensiblement sinusoïdale dudit
séparateur est telle que l'espace d'échange thermique présente une hauteur maximum
sensiblement au centre dudit séparateur.
[0031] De préférence, le nez de lance selon l'invention présente un pilier comprenant une
première extrémité située à l'opposé du bain et une deuxième extrémité tournée vers
le bain reliée à la zone centrale de la troisième paroi frontale.
[0032] Ce pilier permet d'une part d'améliorer la circulation du liquide de refroidissement
lorsque celui-ci plonge dans l'ouverture centrale. En effet l'ouverture centrale peut
être un lieu de collision et le pilier présent au centre de cette ouverture centrale
permet, dès lors, de minimiser les turbulences. Le liquide va alors longer le pilier
avant d'arriver dans l'espace d'échange thermique.
[0033] Par ailleurs, ce pilier avantageusement constitué d'un matériau de bonne conductivité
thermique, tel que le cuivre, permet d'assurer un bon transfert des calories accumulées
dans la paroi frontale exposée au bain vers le liquide de refroidissement. Ce phénomène
de transfert des calories est appelé « puits froid ». La chaleur transférée par le
pilier diffuse alors vers le liquide de refroidissement circulant autour de celui-ci.
[0034] De manière particulièrement avantageuse, le pilier présente entre lesdites première
et deuxième extrémités une partie amincie reliée à la zone centrale qui présente une
longueur prédéterminée L1 et une section axiale décroissant de manière continue vers
la zone centrale de manière que le pilier forme avec la zone centrale de la surface
interne de la troisième paroi frontale une surface incurvée continue.
[0035] Selon la présente invention par les termes « surface incurvée continue », on entend
une surface qui présente une « continuité de courbes », de préférence une « continuité
des tangentes ».
[0036] Par les termes « continuité des tangentes», on entend, selon la présente invention,
que, dans une coupe axiale du pilier, la courbe de la partie amincie du pilier et
la courbe de de la zone centrale conique de la surface interne de la troisième paroi
frontale possèdent des tangentes égales au niveau de leur extrémité commune, c'est-à-dire
au niveau de leur jonction (deuxième extrémité du pilier). Les tangentes sont les
dérivées premières des courbes en leur extrémité commune.
[0037] Un deuxième degré de « continuité de courbes » peut être éventuellement une « continuité
de courbures », ce qui signifie alors que les rayons de courbures des deux courbes
(partie amincie du pilier et de la zone centrale conique de la surface interne de
la troisième paroi frontale) sont égaux au niveau de leur extrémité commune, c'est-à-dire
au niveau de leur jonction (deuxième extrémité du pilier). En d'autres termes, les
courbes de la partie amincie du pilier et de la zone centrale conique de la surface
interne de la troisième paroi frontale ont la même direction au niveau de leur jonction
et ont également le même rayon en ce point. Les rayons de courbures sont les dérivées
secondes des courbes en leur extrémité commune, c'est-à-dire au niveau de leur jonction
à la deuxième extrémité du pilier.
[0038] Le liquide de refroidissement arrivant de la partie périphérique du nez (cavité annulaire)
converge dans l'ouverture centrale où il effectue une rotation d'environ 180° entre
le pilier et le bord du séparateur avant d'arriver dans l'espace d'échange thermique,
par exemple frontal. La présence de ce pilier présentant une géométrie particulière
permet, d'une part, d'optimiser davantage l'écoulement du liquide de refroidissement
traversant l'ouverture centrale où il passe entre la partie amincie du pilier et le
bord du séparateur et d'autre part d'accélérer le liquide de refroidissement avant
son arrivée dans l'espace d'échange thermique. En effet, le bord du séparateur selon
la présente invention présente une complémentarité de forme avec la partie amincie
du pilier central avantageusement présent au centre de l'ouverture centrale. Cette
complémentarité de forme entre ces deux éléments est particulièrement avantageuse
pour l'accompagnement du liquide de refroidissement lors de sa rotation d'environ
180° dans l'ouverture centrale permettant ainsi d'amoindrir les turbulences dans le
liquide, de le « tranquilliser », et de maintenir un bon contact avec le pilier servant
de « puits froid » et ensuite avec la troisième paroi frontale. Par ailleurs, cette
géométrie permet aussi l'accélération du liquide de refroidissement avant son passage
dans l'espace d'échange thermique.
[0039] Avantageusement, dans le nez de lance selon la présente invention, le pilier présente
une deuxième partie de longueur prédéterminée L2 joignant ladite partie amincie et
ladite première extrémité, ladite deuxième partie présentant une section transversale
circulaire définie par un diamètre prédéterminé D2, constant sur toute la longueur
L2 tel que le rapport D2/D
ext, est compris entre 2 % et 30 %, avantageusement entre 7,5 % et 17,5 %, de préférence
entre 10 % et 15 % dudit diamètre extérieur (D
ext) du nez de lance.
[0040] Dans cette forme de réalisation particulière du nez de lance selon la présente invention,
étant donné son diamètre, le pilier peut être considéré comme « massif » au vu du
volume qu'il occupe dans le nez. Ce pilier massif constitué d'un matériau de bonne
conductivité thermique, tel que le cuivre, permet d'assurer un bon transfert des calories
accumulées dans la paroi frontale exposée au bain vers le liquide de refroidissement,
améliorant ainsi le phénomène de « puits froid ». La chaleur transférée par le pilier
diffuse alors vers le liquide de refroidissement circulant autour de celui-ci et dont
la surface d'échange thermique métal/liquide est augmentée grâce à la partie amincie
présentant un profil courbe. La chaleur est, de ce fait, mieux répartie au sein du
nez de lance ce qui assure plus particulièrement un bon refroidissement de la zone
la plus exposée au températures extrêmes, à savoir le centre de la troisième paroi
frontale. Le nez de lance selon cette forme de réalisation résulte donc en une amélioration
supplémentaire du refroidissement du nez.
[0041] Avantageusement, ladite partie amincie I du pilier présente un diamètre minimum prédéterminé
D3 à sa deuxième extrémité et ladite zone centrale présente une hauteur h et une base
b telles que le rapport h/(b-D3) est compris entre 20 % et 120%, de préférence entre
20 % et 110%, avantageusement entre 30 % et 110 %, de manière préférentielle entre
30 % et 100 %, en particulier compris entre 40 % et 100 %, de manière particulièrement
avantageuse entre 40 % et 90 %, de préférence entre 45 % et 85 %, avantageusement
entre 50 %et 80 %.
[0042] Lorsqu'aucun pilier n'est présent au sommet de la zone centrale conique, D3 est nul
et h/(b-D3) = h/b.
[0043] La surface d'échange thermique est ainsi augmentée par rapport à une même surface
du front de chaleur provenant du bain, et cela sans entraîner ni tourbillonnement,
ni cavitation dans le liquide. De plus, la section de passage du liquide dans l'espace
d'échange thermique est tel que le liquide de refroidissement présente un profil de
vitesse adéquat pour que le refroidissement de la paroi frontale exposée au bain soit
amélioré davantage.
[0044] De préférence, le nez de lance selon la présente invention est caractérisé par une
distance R, pour le passage du liquide de refroidissement, prise perpendiculairement
à l'axe longitudinal L du nez dans l'ouverture centrale. Lorsqu'aucun pilier n'est
présent dans l'ouverture centrale, cette distance de passage est alors appelée R
1 et est mesurée entre le front du séparateur et l'axe longitudinal du nez, et correspond
donc au rayon minimum de l'ouverture centrale. Lorsqu'un pilier est présent dans l'ouverture
centrale, la distance de passage R pour le liquide est alors mesurée entre le front
du séparateur et la surface externe de la partie amincie I du pilier, la distance
est alors appelée R
2. Dans les deux cas de figure, cette distance de passage R est telle que le rapport
R/H3 est compris entre 20% et 150%, de préférence entre 30 % et 140 %, avantageusement
entre 30 % et 130 %, de manière préférentielle entre 40 % et 130 %, de manière particulièrement
avantageuse entre 50 % et 130 %, de préférence entre 60 % et 120 %, avantageusement
entre 60 % et 110 %, de référence entre 70 % et 110 %, avec R correspondant à R1 en
absence de pilier ou correspondant à R2 en présence d'un pilier.
[0045] Cette distance de passage particulière pour le liquide de refroidissement permet
d'améliorer davantage l'écoulement du liquide de refroidissement qui va converger
dans l'ouverture centrale avant d'atteindre l'espace d'échange thermique. Le distance
de passage du liquide dans l'ouverture centrale en combinaison avec les caractéristiques
du nez sus mentionnées, permet d'améliorer davantage l'écoulement en améliorant la
réduction des perturbations et l'accélération du liquide de refroidissement.
[0046] Avantageusement ledit séparateur présente une surface tournée vers ladite première
paroi frontale sensiblement sinusoïdale.
[0047] Dans une forme de réalisation particulière, un déflecteur est présent sensiblement
au centre dudit tube central d'alimentation en gaz de brassage du nez de lance selon
la présente invention.
[0048] Ce déflecteur permet de dériver de façon appropriée le gaz quittant le conduit central
pour s'engager dans les conduits de sortie pour le gaz de brassage.
[0049] Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention,
lesdits conduits de sortie pour le gaz de brassage présentent des axes de révolution
placés en oblique par rapport à un axe longitudinal du nez de lance.
[0050] Dans une forme de réalisation particulière, les éléments susdits du nez sont réalisés
séparément et fixés en zone de rattachement mutuel par soudage à haute énergie, de
préférence un soudage à faisceau d'électrons.
[0051] Le nez précité est réalisé en plusieurs éléments de nez étant chacun constitué d'une
matériau choisi selon la fonction à remplir. Ces éléments sont ensuite fixés entre
eux par soudage à haute énergie, de préférence par faisceau d'électrons. Ce type de
soudage assure des jonctions cuivre-acier facilement réalisables et présentant une
bonne étanchéité au liquide et cela malgré les contraintes de fatigue dues aux cycles
thermiques successifs auxquels le nez est soumis.
[0052] D'autres formes de dispositif suivant l'invention sont indiquées dans les revendications
annexées.
[0053] D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée
ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue de face d'un nez de lance.
La figure 2 illustre une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1, d'une
forme de réalisation particulière du nez de lance selon l'invention.
La figure 3 représente un détail d'un nez de lance suivant l'invention, pour illustrer
la partie caractérisante de l'invention.
La figure 4 représente une vue analogue à la figure 2 d'une variante de nez de lance
de soufflage selon l'invention.
La figure 5 représente un détail d'un nez de lance selon l'invention, pour illustrer
le mode de mesure des paramètres nécessaires à un mode de réalisation avantageux de
l'invention.
[0054] Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
[0055] La figure 1 illustre la troisième paroi frontale 12 du nez de lance 1 qui est tournée
vers le bain. Selon cette forme de réalisation, le nez de lance 1 présente six orifices
de sortie de gaz de brassage 13 placés en couronne autour d'une zone centrale 14 de
la troisième paroi frontale 12.
[0056] La figure 2 représente le nez de lance selon la présente invention dans lequel le
gaz de brassage est alimenté par le tube central 2. Ce tube central 2 est fermé par
une paroi frontale 3 dirigée vers le bain munie d'au moins deux ouvertures 4.
[0057] Un tube interne 5 est agencé de manière coaxiale autour du tube central 2 de manière
à former entre eux une cavité annulaire 6 servant à l'alimentation en liquide de refroidissement
dans le sens de la Flèche F
1. Ce tube interne 5 est terminé par une paroi frontale 7 que l'on appelle un séparateur.
Cette paroi frontale 7 est pourvue d'une ouverture centrale 8 et d'un orifice 9 dans
l'alignement de chaque ouverture 4 dans le tube central 2. Le séparateur 7, selon
la présente invention, présente une géométrie et une disposition par rapport à la
troisième paroi frontale 12 particulières qui seront développées ci-dessous.
[0058] Un tube externe 10 est agencé de manière coaxiale autour du tube interne 5. Ce tube
externe forme avec le tube interne 5 une cavité annulaire 11 qui sert à la sortie
du liquide de refroidissement dans le sens de la flèche F
2. Ce tube externe est fermé par une paroi frontale 12 qui fait face au bain à brasser
et qui comporte une surface interne 30. Comme le montre la figure 2, la surface interne
30 de la troisième paroi frontale 12 est pourvue d'une zone centrale 14 conique qui
est dirigée vers l'ouverture centrale 8 et qui présente une surface d'enveloppe incurvée
en section axiale.
[0059] La paroi frontale 12 est aussi pourvue d'un orifice de sortie 13 en alignement avec
chaque ouverture 4 prévue dans la paroi frontale 3 et avec chaque orifice de passage
9 prévu dans la paroi frontale 7. Dans chacun de ces orifices et ouvertures alignés
est agencé un conduit de sortie 17 pour l'éjection de gaz de brassage à l'extérieur
du nez de lance. Les axes de révolution m des conduits 17 sont avantageusement placés
en oblique par rapport à l'axe longitudinal L du nez de lance.
[0060] Le refroidissement de cette paroi frontale 12 est assuré par la circulation du liquide
de refroidissement dans l'espace d'échange thermique 16 qui est situé entre le séparateur
7 et la surface interne 30 de la paroi frontale 12. Dans l'exemple de réalisation
illustré, le liquide de refroidissement venant de la cavité 6 passe par l'ouverture
centrale 8 dans la zone d'échange thermique 16 suivant la flèche F
3. Le liquide s'écoule alors dans le sens de la flèche F
2 vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la cavité 11.
[0061] Sur la figure 3, le séparateur 7, selon la présente invention, est sensiblement plan
et sensiblement parallèle à la surface interne 30 de la troisième paroi frontale 12.
Ce séparateur 7 présente à l'ouverture centrale 8, un bord 18 de section axiale incurvée.
Un diamètre minimum, de l'ouverture centrale 8 peut alors être mesuré à partir du
front 19 du bord 18 du séparateur 7. La tangente passant par ce front 19 et parallèle
à l'axe longitudinal L du nez de lance permet de mesurer le diamètre le plus petit
de l'ouverture centrale 8.
[0062] La hauteur prise le long de la tangente passant par le front 19 et parallèle à l'axe
longitudinal L du nez de lance et mesurée entre ledit front 19 et la surface interne
30 de la troisième paroi frontale 12 correspond à la hauteur H3, telle qu'indiquée
sur la figure 3. La hauteur H1 est quant à elle mesurée, parallèlement à l'axe de
révolution m des injecteurs 17, entre la surface tournée vers le bain 20 du séparateur
7 et la surface interne 30 de la troisième paroi frontale 12, du côté de l'ouverture
centrale 8. Cette hauteur H1 définit une hauteur de passage minimum pour le liquide
de refroidissement dans l'espace d'échange thermique 16 à l'ouverture centrale 8.
Dans le volume contenu dans le cône passant par les axes de révolution m des injecteurs,
H1 est la hauteur minimale du passage d'eau le long de la surface interne de la troisième
paroi frontale, dans l'espace d'échange thermique. Selon la présente invention, le
rapport H
1/H
3 est avantageusement compris entre 30 % et 55 %.
[0063] La section axiale courbe du bord 18 du séparateur 7 a comme avantage d'accompagner
le liquide de refroidissement lors de sa convergence dans l'ouverture centrale 8.
De plus, comme le montre la figure 3, il existe une complémentarité de forme entre
le bord 18 du séparateur 7 et la zone centrale 14 conique de la surface interne 30
de la troisième paroi frontale 12. De ce fait, le liquide est maintenu en contact
avec la surface interne de la troisième paroi frontale 12 la plus exposée aux contraintes
thermiques. Par conséquent, un écoulement du liquide de refroidissement à perturbation
et phénomènes de cavitation réduits peut être obtenu et maintenu tout au long de sa
trajectoire. Le liquide de refroidissement ainsi « tranquillisé » peut alors contourner
calmement les obstacles que représentent les injecteurs 17 dans l'espace d'échange
thermique 16 avant de ressortir du nez par la deuxième cavité annulaire 11 suivant
la flèche F
2.
[0064] Le diamètre extérieur D
ext du nez de lance 1 selon la présente invention correspond au diamètre mesuré entre
les surfaces externes du tube externe 10, tel que représenté sur la figure 2.
[0065] Généralement, une épaisseur du séparateur 7 est mesurée entre la surface 21 tournée
vers la première paroi frontale 3 et la surface tournée vers le bain 20 du séparateur
7.
[0066] L'épaisseur e1 du bord 18 du séparateur 7 est donc mesurée parallèlement à l'axe
de révolution m de l'injecteur 17 dans la continuité de la hauteur minimum H1 de l'espace
d'échange thermique 16 à l'ouverture centrale 8. Cette épaisseur permet au séparateur
d'occuper un volume conséquent dans le nez de lance et permet en combinaison avec
la section courbe du bord 18 de maintenir un écoulement à perturbation réduite et
une bonne accélération du liquide de refroidissement. De préférence le rapport e1/D
ext est compris entre 5 % et 15 %,
[0067] Dans une forme de réalisation particulière du nez de lance représentée sur la figure
3, la surface tournée vers le bain 20 du séparateur 7 est sensiblement sinusoïdale.
Dans le cas où la surface tournée vers le bain 20 du séparateur 7 présente une forme
sensiblement sinusoïdale, l'épaisseur maximum, e1, est mesurée entre la surface 21
tournée vers la première paroi frontale 3 et la tangente passant par le minimum de
la partie concave de la surface tournée vers le bain 20. Au contraire une épaisseur
minimum est mesurée entre la surface 21 tournée vers la première paroi frontale 3
et la tangente passant par le maximum de la partie convexe de la surface tournée vers
le bain 20.
[0068] Ceci signifie que le séparateur 7 présente outre son épaisseur e1 à l'ouverture centrale
8, une épaisseur minimum sensiblement en son centre telle que l'espace d'échange thermique
16 présente une hauteur maximum H
max sensiblement au centre du séparateur 7. Cette hauteur maximum H
max a pour but de laisser plus d'espace au liquide de refroidissement lors de son passage
au niveau des injecteurs 17 dans l'espace d'échange thermique 16.
[0069] La figure 4 représente une forme particulière de réalisation du nez de lance selon
la présente invention. Dans cette forme de réalisation, un pilier central 22 de configuration
particulière est présent au centre de l'ouverture centrale 8.
[0070] Le pilier 22 présente une première extrémité E1 du côté de la première paroi frontale
3 et une deuxième extrémité E2 reliée à la zone centrale 14 de la surface interne
30 de la troisième paroi frontale 12. Ce pilier présente, de préférence, une partie
amincie I entre la première extrémité E1 et la deuxième extrémité E2 qui permet de
former une surface incurvée continue 23 avec la zone centrale conique 14 de la surface
interne 30 de la troisième paroi frontale 12. De cette manière, le liquide de refroidissement
provenant de la première cavité annulaire 6 suivant la flèche F
1, longe la face supérieure 21 du séparateur 7 où il doit contourner les injecteurs
qui représentent un premier obstacle sur la trajectoire du liquide et converge ensuite
dans l'ouverture centrale 8. Le pilier 22 présent au centre de cette ouverture centrale
8 permet alors de guider le liquide de refroidissement vers la surface interne 30
de la troisième paroi frontale 12 où la partie amincie I du pilier assure le passage
du liquide entre ce pilier 22 et le bord 18 du séparateur 7, suivant la flèche F
3. Par ailleurs, la jonction de la zone centrale conique 14 de la surface interne 30
de la troisième paroi frontale 12 avec le pilier 22 présente une surface incurvée
continue 23 assurant une rotation progressive du liquide selon la flèche F
3. Les turbulences dans le liquide de refroidissement arrivant alors dans l'espace
d'échange thermique 16 sont diminuées et le liquide peut contourner tranquillement
les injecteurs occupant un volume important dans l'espace d'échange thermique 16.
Dans cet exemple, les calories accumulées dans la paroi frontale 12 exposée au bain
de fonte liquide sont transférées au pilier 22 dont la surface de contact avec le
liquide de refroidissement est augmentée grâce à sa partie amincie I, ce qui améliore
le transfert thermique métal/liquide
[0071] Par ailleurs, le pilier 22, présente avantageusement une deuxième partie II de longueur
prédéterminée L2 joignant ladite partie amincie I et ladite première extrémité E1,
ladite deuxième partie II présentant une section transversale circulaire définie par
une diamètre prédéterminé D2, constant sur toute la longueur L2, tel que le rapport
D2/D
ext est compris avantageusement entre 10 % et 15 %.
[0072] En effet, le pilier 22 étant réalisé en un matériau de bonne conductivité thermique,
la chaleur provenant du bain et transmise à la troisième paroi frontale 12 et à sa
zone centrale 14 où elle peut alors être conduite par le pilier 22 vers le liquide
de refroidissement. Ce dernier circulant autour du pilier 22 permet d'assurer un captage
constant de la chaleur de la troisième paroi frontale 12. Afin d'optimiser celui-ci,
les parties les plus exposées au bain, à savoir la troisième paroi frontale 12 et
le pilier 22, sont réalisées en cuivre corroyé qui assure une meilleur conductivité
thermique que le cuivre coulé.
[0073] Avantageusement, la première partie amincie I est caractérisée, en outre, par un
diamètre prédéterminé D1 qui varie progressivement du diamètre D2 à la jonction avec
la deuxième partie II à une valeur de préférence comprise entre 60 % et 80 % de D2
à la deuxième extrémité E2 du pilier 22. Le diamètre D1 de la partie amincie I du
pilier 22 diminue donc progressivement lorsque l'on se déplace le long de l'axe longitudinal
L du nez de lance vers le bain jusqu'à atteindre une valeur minimum, alors appelée
D3 correspondant à la deuxième extrémité E2 du pilier.
[0074] De préférence, la surface incurvée continue 23 entre la partie amincie I du pilier
22 et la zone centrale conique 14 de la surface interne 30 de la troisième paroi frontale
12 est caractérisée par un rayon de courbure supérieur ou égale à 30 % du diamètre
D2 de la deuxième partie II du pilier 22.
[0075] Dans la forme de réalisation présentée à la figure 4, le séparateur 7 et la partie
amincie I du pilier 22 se faisant face présentent une complémentarité de forme assurant
ainsi un accompagnement du liquide de refroidissement le plus délicat possible. En
effet, le bord 18 du séparateur 7 et la partie amincie I du pilier 22 permettent de
former pour le liquide de refroidissement une trajectoire diminuant les turbulences
dans le liquide.
[0076] Un déflecteur 24 peut également être placé au centre du tube d'alimentation en gaz
de brassage 2. Ce déflecteur 24 permet de dériver de façon appropriée l'oxygène quittant
le conduite central 2 pour s'engager dans les injecteurs 17.
[0077] La figure 5 représente un détail de la zone centrale conique 14 afin d'expliciter
la façon de mesurer les paramètres relatifs à cette zone centrale 14 de la surface
interne 30 de la troisième paroi frontale 12. La hauteur h se mesure entre le plan
tangent 32 de la paroi interne 30 du nez de lance perpendiculaire à l'axe longitudinal
L et le plan parallèle 31 tangent au sommet de la zone centrale conique 14. Si un
élément additionnel à la zone centrale conique 14 est prévu au sommet de celle-ci,
comme par exemple le pilier 22, le plan 31 reste dans la position qu'il aurait si
cet élément additionnel n'existait pas. Le sommet de la zone centrale conique 14 coïncidant
avec la section transversale de la partie amincie I du pilier 18 présentant un diamètre
minimum D3, le plan 31 passe également par cette section de diamètre minimum D3 du
pilier 22.
[0078] La base b est située dans le plan tangent 32 de la paroi interne 30. Elle est circonscrite
par les points d'intersection 33 avec le prolongement de la paroi interne 30.
[0079] Avantageusement, le nez selon la présente invention présente un rapport h/(b-D3)
compris entre 50 % et 80%. De ce fait, dans le cas où aucun élément additionnel, comme
par exemple un pilier, n'est présent sur la zone centrale 14, D3 est nul et le rapport
h/b est compris de préférence entre 50 % et 80%.
[0080] La figure 5 représente également la distance R pour le passage du liquide de refroidissement
prise perpendiculairement à l'axe longitudinal L du nez dans l'ouverture centrale
8. Lorsqu'aucun pilier n'est présent dans l'ouverture centrale 8, la distance R est
mesurée entre le front 19 du séparateur 7 et l'axe longitudinal L, cette distance
pour le passage du liquide de refroidissement est alors appelée R
1 et correspond au rayon minimum de l'ouverture centrale 8. Lorsqu'un pilier 22 est
présent dans l'ouverture centrale 8, la distance de passage R pour le liquide est
alors mesurée entre le front 19 séparateur 7 et la surface externe de la partie amincie
I du pilier 22, la distance est alors appelée R
2. Dans les deux cas de figure, cette distance pour le passage du liquide de refroidissement
est telle que le rapport R/H3 est compris de préférence entre 70 % et 110 %, avec
R correspondant à R1 en absence de pilier ou correspondant à R2 en présence d'un pilier.
[0081] Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes
de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées
sans sortir du cadre des revendications annexées.
1. Nez de lance de soufflage (1), destinée au brassage de bain, comprenant :
- un tube central d'alimentation en gaz de brassage (2), fermé à une extrémité tournée
vers le bain par une première paroi frontale (3) pourvue d'au moins deux ouvertures
(4),
- un tube interne (5) formant avec le tube central (2) une première cavité annulaire
(6) pour le passage d'un liquide de refroidissement et terminé à une extrémité tournée
vers le bain par une deuxième paroi frontale appelée séparateur (7) présentant une
ouverture centrale (8) et un orifice de passage (9) par ouverture prévue dans ladite
première paroi frontale (4),
- un tube externe (10) formant avec le tube interne (5) une deuxième cavité annulaire
(11) pour le passage du liquide de refroidissement et fermé à une extrémité tournée
vers le bain par une troisième paroi frontale (12) présentant un orifice de sortie
(13) par ouverture prévue dans ladite première paroi frontale (4) et présentant une
surface interne (30) comprenant une zone centrale conique (14) qui est dirigée vers
ladite ouverture centrale (8) et qui présente une surface d'enveloppe incurvée en
section axiale,
- un espace d'échange thermique (16) dans lequel s'écoule le liquide de refroidissement
qui est situé entre, d'une part, ledit séparateur (7) et ladite troisième paroi frontale
(12) et, d'autre part, ladite ouverture centrale (8) et ladite deuxième cavité annulaire
(11), et dans lequel s'écoule le liquide de refroidissement, et
- un conduit de sortie pour le gaz de brassage, appelé injecteur (17), partant de
chaque ouverture (4) dans ladite première paroi frontale (3) et allant jusqu'à un
orifice de sortie (13) susdit correspondant en passant par un orifice de passage (9)
susdit correspondant d'une manière étanche au liquide de refroidissement,
caractérisé en ce que ledit séparateur (7) présente à l'ouverture centrale (8) un bord (18) en section
axiale qui est incurvé tel qu' une hauteur (H3) est définie entre un front (19) dudit
bord (18) et ladite troisième paroi frontale (12) et que dans l'espace d'échange thermique
(16) une hauteur minimum prédéterminée (H1) est présente du côté de ladite ouverture
centrale (8) tel que le rapport H1/H3 est compris entre 5 % et 80 %, avantageusement
entre 5 % et 75 %, de préférence compris entre 5 % et 70 %, de manière préférentielle
compris entre 5 % et 65 %, de manière particulièrement avantageuse entre 5 % et 60
%, de préférence entre 10 % et 60 %, avantageusement entre 15 % et 60 %, de préférence
compris entre 20 % et 60 %, de manière préférentielle compris entre 25 % et 60 %,
de manière particulièrement avantageuse entre 25 % et 55 %, de préférence entre 30
% et 55 %.
2. Nez de lance selon la revendication 1 caractérisé par une distance R, pour le passage du liquide de refroidissement, prise perpendiculairement
à l'axe longitudinal L du nez entre ledit front (19) du bord (18) du séparateur (7)
et l'axe longitudinal L du nez, ladite distance R étant telle que le rapport R/H3
est compris entre 20% et 150%, de préférence entre 30 % et 140 %, avantageusement
entre 30 % et 130 %, de manière préférentielle entre 40 % et 130 %, de manière particulièrement
avantageuse entre 50 % et 130 %, de préférence entre 60 % et 120 %, avantageusement
entre 60 % et 110 %, de référence entre 70 % et 110 %.
3. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 présentant un diamètre
extérieur (Dext) prédéterminé et dans lequel ledit bord (18) du séparateur (7) est défini par une
épaisseur (e1) de sorte que le rapport e1/Dext est compris entre 5 % et 30 %, de préférence compris entre 7 % et 25 %, avantageusement
entre 7 % et 20 %, de manière préférentielle entre 7 % et 15 %
4. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel ledit séparateur
(7) présente une surface tournée vers le bain (20) sensiblement sinusoïdale.
5. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 présentant un pilier
(22) comprenant une première extrémité (E1) située à l'opposé du bain et une deuxième
extrémité (E2) tournée vers le bain reliée à la zone centrale (14) de la surface interne
(30) de la troisième paroi frontale (12).
6. Nez de lance selon la revendication 5 dans lequel le pilier (22) présente entre lesdites
première et deuxième extrémités (E1 et E2) une partie amincie (I) reliée à la zone
centrale (14) qui présente une longueur prédéterminée L1 et une section axiale décroissante
de manière que le pilier (18) forme avec la zone centrale (14) de la surface interne
(30) de la troisième paroi frontale (12) une surface incurvée continue (23).
7. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ladite partie
amincie I du pilier (22) présente un diamètre minimum prédéterminé D3 à ladite deuxième
extrémité (E2) et ladite zone centrale (14) de la surface interne (30) de la troisième
paroi frontale (12) présente une hauteur h et une base b telles que le rapport h/(b-D3)
est compris entre 20 % et 120%, de préférence entre 20 % et 110 %, avantageusement
entre 30 % et 110 %, de manière préférentielle entre 30 % et 100 %, en particulier
compris entre 40 % et 100 %, de manière particulièrement avantageuse entre 40 % et
90 %, de préférence entre 45 % et 85 %, avantageusement entre 50 %et 80 %.
8. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel un déflecteur
(24) est présent sensiblement au centre dudit tube central d'alimentation en gaz de
brassage (2).
9. Nez de lance selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les injecteurs
(17) présentent un axe de révolution (m) orienté en oblique par rapport à un axe longitudinal
(L) du nez de lance.
10. Nez de lance de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les éléments susdits du nez sont réalisés séparément et fixés en zone de rattachement
mutuel par soudage à haute énergie, de préférence un soudage à faisceau d'électrons.
1. Blaslanzendüse (1), die zum Rühren einer Schmelze bestimmt ist, Folgendes umfassend:
- ein zentrales Rohr zur Versorgung mit Rührgas (2), das an einem Ende, das der Schmelze
zugewandt ist, durch eine erste Vorderwand (3) geschlossen ist, die mit mindestens
zwei Öffnungen (4) versehen ist,
- ein inneres Rohr (5), das mit dem zentralen Rohr (2) einen ersten ringförmigen Hohlraum
(6) für den Durchgang einer Kühlflüssigkeit bildet, und an einem Ende, das der Schmelze
zugewandt ist, durch eine zweite, Separator (7) genannte, Vorderwand abgeschlossen
ist, die eine zentrale Öffnung (8) und ein Durchgangsloch (9) durch eine Öffnung,
die in der ersten Vorderwand (4) vorgesehen ist, aufweist,
- ein äußeres Rohr (10), das mit dem inneren Rohr (5) einen zweiten ringförmigen Hohlraum
(11) für den Durchgang der Kühlflüssigkeit bildet, und an einem Ende, das der Schmelze
zugewandt ist, durch eine dritte Vorderwand (12) geschlossen ist, die ein Ausgangsloch
(13) durch eine Öffnung aufweist, die in der ersten Vorderwand (4) vorgesehen ist,
und eine innere Oberfläche (30) aufweist, die eine konische zentrale Zone (14) umfasst,
die zur zentralen Öffnung (8) gerichtet ist, und die eine im axialen Querschnitt gebogene
Hüllenoberfläche aufweist,
- einen Wärmetauschraum (16) in dem die Kühlflüssigkeit strömt, der sich zwischen
einerseits dem Separator (7) und der dritten Vorderwand (12), und andererseits der
zentralen Öffnung (8) und dem zweiten ringförmigen Hohlraum (11) befindet, und in
dem die Kühlflüssigkeit strömt, und
- eine Ausgangsleitung für das Rührgas, Inj ektor (17) genannt, die von j eder Öffnung
(4) in der ersten Vorderwand (3) abgeht, und bis zu einem entsprechenden zuvor genannten
Ausgangsloch (13) verläuft, in einer gegenüber der Kühlflüssigkeit dichten Art und
Weise durch ein entsprechendes zuvor genanntes Durchgangsloch (9) führend,
dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (7) an der zentralen Öffnung (8) im axialen Querschnitt einen Rand
(18) aufweist, der derart gebogen ist, dass (H3) zwischen einer Stirnseite (19) des
Randes (18) und der dritten Vorderwand (12) eine Höhe definiert wird, und dass in
dem Wärmetauschraum (16) eine vorbestimmte Mindesthöhe (H1) auf Seiten der zentralen
Öffnung (8) vorhanden ist, sodass das Verhältnis H1/H3 zwischen 5% und 80% enthalten
ist, vorteilshalber zwischen 5% und 75%, vorzugsweise zwischen 5% und 70% enthalten
ist, auf bevorzugte Weise zwischen 5% und 65% enthalten ist, und ganz besonders vorteilhaft
zwischen 5% und 60%, vorzugsweise zwischen 10% und 60%, vorteilshalber zwischen 15%
und 60%, und vorzugsweise zwischen 20% und 60% enthalten ist, auf bevorzugte Weise
zwischen 25% und 60% enthalten ist, auf ganz besonders bevorzugte Weise zwischen 25%
und 55% enthalten ist, vorzugsweise zwischen 30% und 55% enthalten ist.
2. Lanzendüse nach Anspruch 1, durch eine Distanz R für den Durchgang der Kühlflüssigkeit
gekennzeichnet, die senkrecht zur Längsachse L der Düse zwischen der Stirnseite (19)
des Randes (18) des Separators (7) und der Längsachse L der Düse genommen wird, wobei
die Distanz R derart ist, dass das Verhältnis R/H3 zwischen 20% und 150% enthalten
ist, vorzugsweise zwischen 30% und 140%, vorteilhafter Weise zwischen 30% und 130%,
auf bevorzugte Weise zwischen 40% und 130%, auf besonders vorteilhafte Weise zwischen
50% und 130%, vorzugsweise zwischen 60% und 120%, vorteilhafterweise zwischen 60%
und 110%, vorzugsweise zwischen 70% und 110% enthalten ist.
3. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, einen vorbestimmten Außendurchmesser
(Dext) aufweisend, und in der der Rand (18) des Separators (7) durch eine Dicke (e1) definiert
ist, sodass das Verhältnis e1/ Dext zwischen 5% und 30% enthalten ist, vorzugsweise zwischen 7% und 25% enthalten ist,
vorteilshalber zwischen 7% und 20%, auf bevorzugte Weise zwischen 7% und 15% enthalten
ist.
4. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Separator (7) eine im Wesentlichen
sinusförmige Oberfläche aufweist, die der Schmelze (20) zugewandt ist.
5. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, eine Säule (22) aufweisend, die ein erstes
Ende (E1) umfasst, das sich entgegengesetzt zur Schmelze befindet, und ein zweites
Ende (E2), das der Schmelze zugewandt ist, mit einer zentralen Zone (14) der inneren
Oberfläche (30) der dritten Vorderwand (12) verbunden.
6. Lanzendüse nach Anspruch 5, wobei die Säule (22) zwischen dem ersten und zweiten Ende
(E1 und E2) ein verjüngtes Teil (I) aufweist, das mit der zentralen Zone (14) verbunden
ist, die eine vorbestimmte Länge L1 und einen abnehmenden axialen Querschnitt aufweist,
sodass die Säule (18) mit der zentralen Zone (14) der inneren Oberfläche (30) der
dritten Vorderwand (12) eine durchgehende gebogene Oberfläche (23) bildet.
7. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der verjüngte Teil I der Säule
(22) einen vorbestimmten Mindestdurchmesser D3 an dem zweiten Ende (E2) aufweist,
und die zentrale Zone (14) der inneren Oberfläche (30) der dritten Vorderwand (12)
eine Höhe h und eine Basis b aufweist, sodass das Verhältnis h/ (b-D3) zwischen 20%
und 120%, vorzugsweise zwischen 20% und 110%, vorteilshalber zwischen 30% und 110%,
in bevorzugter Weise zwischen 30% und 100%, insbesondere zwischen 40% und 100% enthalten
ist, auf besonders bevorzugte Weise zwischen 40% und 90%, vorzugsweise zwischen 45%
und 85%, vorteilshalber zwischen 50% und 80% enthalten ist.
8. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abweiser (24) im Wesentlichen
im Zentrum des zentralen Rohres zur Versorgung mit Rührgas (2) vorhanden ist.
9. Lanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Injektoren (17) eine Drehachse
(m) aufweisen, die im Verhältnis zu einer Längsachse (L) der Lanzendüse schräg ausgerichtet
ist.
10. Blaslanzendüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Düse getrennt gefertigt werden und in einer gegenseitigen Montagezone
durch Hochenergieschweißen, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen befestigt
werden.
1. Blowing lance tip (1), intended for bath stirring, comprising:
- a central tube for supplying stirring gas (2), closed at an end turned towards the
bath by a first front wall (3) provided with at least two openings (4),
- an internal tube (5) forming with the central tube (2) a first annular cavity (6)
for the passage of a cooling liquid and ended at one end turned towards the bath by
a second front wall, called a separator (7), having a central opening (8) and one
passage orifice (9) per opening provided in said first front wall (4),
- an external tube (10) forming with the internal tube (5) a second annular cavity
(11) for the passage of the cooling liquid and closed at an end turned towards the
bath by a third front wall (12) having one outlet orifice (13) per opening provided
in said first front wall (4) and having an internal surface (30) comprising a tapered
central area (14) which is directed towards said central opening (8) and which has
a curved enveloped surface in axial section,
- a heat exchange space (16) in which the cooling liquid flows, which is located between,
on the one hand, said separator (7) and said third front wall (12) and, on the other
hand, said central opening (8) and said second annular cavity (11), and in which the
cooling liquid flows, and
- an outlet conduit for the stirring gas, called an injector (17), leaving each opening
(4) in said first front wall (3) and going as far as said corresponding outlet orifice
(13) passing through said corresponding passage orifice (9) in a cooling liquid-tight
manner,
characterised in that said separator (7) has an edge (18) in axial section at the central opening (8) which
is curved such that a height (H3) is defined between a front (19) of said edge (18)
and said third front wall (12) and that in the heat exchange space (16) a minimum
predetermined height (H1) is present on the side of said central opening (8), such
that the ratio H1/H3 is between 5% and 80%, advantageously between 5% and 75%, preferably
between 5% and 70%, preferentially between 5% and 65%, particularly advantageously
between 5% and 60%, preferably between 10% and 60%, advantageously between 15% and
60%, preferably between 20% and 60%, preferentially between 25 and 60%, particularly
advantageously between 25% and 55%, preferably between 30% and 55%.
2. Lance tip according to claim 1, characterised by a distance R, for the passage of the cooling liquid, taken perpendicularly to the
longitudinal axis L of the tip between said front (19) of the edge (18) of the separator
(7) and the longitudinal axis L of the tip, said distance R being such that the ratio
R/H3 is between 20% and 150%, preferably between 30% and 140%, advantageously between
30% and 130%, preferentially between 40% and 130%, particularly advantageously between
50% and 130%, preferably between 60% and 120%, advantageously between 60% and 110%,
preferably between 70% and 110%.
3. Lance tip according to any one of claims 1 and 2 having a predetermined external diameter
(Dext) and wherein said edge (18) of the separator (7) is defined by a thickness (e1) such
that the ratio e1/Dext is between 5% and 30%, preferably between 7% and 25%, advantageously between 7% and
20%, preferentially between 7% and 15%.
4. Lance tip according to any one of claims 1 to 3, wherein said separator (7) has a
surface turned towards the bath (20) that is substantially sinusoidal.
5. Lance tip according to any one of claims 1 to 4, having a pillar (22) comprising a
first end (E1) located opposite the bath and a second end (E2) turned towards the
bath linked to the central area (14) of the internal surface (30) of the third front
wall (12).
6. Lance tip according to claim 5, wherein the pillar (22) has a thinned part (I) between
said first and second ends (E1 and E2) linked to the central area (14), which has
a predetermined length L1 and an axial section decreasing in such a way that the pillar
(18) forms a continuous curved section (23) with the central area (14) of the internal
surface (30) of the third front wall (12).
7. Lance tip according to any one of claims 1 to 6, wherein said thinned part I of the
pillar (22) has a minimum predetermined diameter D3 at said second end (E2) and said
central area (14) of the internal surface (30) of the third front wall (12) has a
height h and a base b so the ratio h/(b-D3) is between 20% and 120%, preferably between
20% and 110%, advantageously between 30% and 110%, preferentially between 30% and
100%, in particular between 40% and 100%, particularly advantageously between 40%
and 90%, preferably between 45% and 85%, advantageously between 50% and 80%.
8. Lance tip according to any one of claims 1 to 7, wherein a deflector (24) is substantially
present in the centre of said central stirring gas supply tube (2).
9. Lance tip according to any one of claims 1 to 8, wherein the injectors (17) have a
revolution axis (m) oriented obliquely with respect to a longitudinal axis (L) of
the lance tip.
10. Blowing lance tip according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the above elements of the tip are produced separately and fixed in the mutual binding
area by high energy welding, preferably electron beam welding.