[0001] - La présente invention est relative à un dispositif perméable pour l'introduction
de gaz dans un bain de métal liquide et plus particulièrement pour l'introduction
d'un gaz de brassage dans de l'acier liquide.
[0002] On utilise actuellement pour introduire des gaz de brassage dans l'acier liquide,
au cours de l'élaboration ou de l'affinage de ce dernier, des tuyères ou des briques
perméables de section rectangulaire qui ont approximativement le même format que celui
des briques qui sont utilisées pour briqueter le revêtement réfractaire du fond des
convertisseurs. Ces briques perméables sont constituées par des éléments perméables,
moulés ou enserrés à l'intérieur d'un caisson en tôle mince, à la base duquel on injecte,
par un tube qui lui,est soudé, le gaz de brassage.
[0003] Ce type de àispositifs perméables présentent cepen- dans les inconvénients suivants
:
- la soudure du tube, effectuée sur la tôle mince, est relativement fragile et les
déplacements relatifs du briquetage du convertisseur constituant le revêtement réfractaire,
par rapport à la tôle de fond du blindage de ce convertisseur peuvent provoquer une
rupture de la liaison entre le tube d'alimentation du gaz et la tôle mince, ce qui
provoque une fissure ou une ouverture par où s'échappent les gaz de brassage . Ceux-ci
se répandent alors dans le fond du briquetage du convertisseur en y créant des surpressions
qui peuvent soulever le revêtement réfractaire et amener sa destruction accidentelle;
- les dispositifs perméables du type décrit précédemment sont normalement enchassés
dans le briquetage du convertisseur qui est maçonné, très serré, autour de ces dispositifs
de façon à maintenir les briques du revêtement en contact étroit avec la tôle mince
constituant le caisson. Il peut se produire au cours du fonctionnement du convertisseur,
que sous l'effet des contraintes thermo- mécaniques, les briques de fond se déplacent
les unes par rapport aux autres provoquant ainsi le desserrage du caisson et de ce
fait de la tôle mince qui constitue le caisson, de l'élément perméable sous forme
de brique poreuse qu'il contient. La fissure qui peut ainsi être ouverte entre la
tôle du caisson et l'élément perméable constitue une amorce dangereuse d'infiltration
de métal liquide;
- la pression appliquée au fond du dispositif perméable tend à déformer les parois
métalliques de faible épaisseur constituant le caisson, qui se décollent des éléments
réfractaires perméables qu'il contient, ce qui est en particulier le cas lors d'un
déplacement du briquetage comme indiqué précédemment. Lors de l'injection de gaz de
brassage, ce dernier chemine ainsi le long du caisson par la fente qui s'est créée
et à travers laquelle il se fraye un passage jusque dans le bain d'acier liquide.
La largeur de cette fente peut devenir excessive et il peut se produire alors des
infiltrations de métal liquide par ce passage ouvert entre la tôle du caisson et les
éléments perméables qui y sont contenus. Ces infiltrations sont dangereuses car elles
peuvent atteindre la partie inférieure du dispositif perméable et le détruire, et
s'introduire dans le tube d'alimentation du gaz et même trouver un passage jusque
vers l'extérieur du convertisseur dans les canalisations d'amenée du gaz de brassage;
- la dépouille (ou la conicité) des dispositifs perméables qui sont exactement du
même format que les briques du revêtement réfractaire du convertisseur, est relativement
faible. La pression du gaz de brassage exercée sur toute la surface du fond de l'élément
perméable crée une poussée telle qu'elle peut déplacer celui-ci en dehors de son caisson
et le pousser progressivement au-dessus du niveau de la surface du fond du convertisseur.
Son usure s'en trouve ainsi considérablement accélérée. Ce mécanisme de destruction
est très dangereux car il peut conduire à une percée de l'acier liquide à travers
le fond du convertisseur lorsque la brique a été totalement usée. La présente invention
vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un élément perméable pour l'introduction
de gaz dans un métal liquide qui ne présente pas ces risques de désolidarisation des
éléments perméables de l'enveloppe dans laquelle ils sont contenus.
[0004] L'invention a ainsi pour objet un dispositif perméable pour l'introduction de gaz
dans un bain de métal liquide, comportant un caisson ouvert à sa partie supérieure
dans lequel est disposé un élément réfractaire perméable aux gaz et dont le fond est
relié à un tube d'admission desdits gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte
ouverte à sa partie supérieure, logée dans le caisson et dans laquelle est placé au
moins un élê:nent réfractaire perméable retenu par un premier liant réfractaire, le
fond de l'enceinte comportant un orifice raccordé au tube d'admission des gaz qui
traverse le fond du caisson, et l'enceinte étant fixée dans le caisson au moyen d'un
second liant réfractaire.
[0005] L'enceinte comporte de préférence un corps de révolution, sensiblement tronconique
dont le diamètre le plus faible se trouve à l'ouverture supérieure et dont la paroi
latérale est munie de moyens de retenue faisant saillie vers l'intérieur et un fond
bombé dont la convexité est tournée vers le fond du caisson.
[0006] Les moyens de retenue peuvent être constitués d'une ou plusieurs rainures circonférentielles
ou d'un ensemble d'ergots ménagés dans la paroi latérale par emboutissage ou tout
autre moyen.
[0007] L'invention sera exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés qui
en représentent un mode de réalisation.
[0008] Sur ces dessins :
la Fig. 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un dispositif perméable
pour l'introduction de gaz selon la présente invention;
la Fig. 2 est une vue en coupe du dispositif selon la Fig. 1;
la Fig. 3 est une vue en perspective d'un élément réfractaire perméable placé dans
l'enceinte de la Fig. 1.
[0009] Le dispositif perméable selon la présente invention représenté à la Fig. 1 comprend
un caisson 1 de forme générale parallélépipédique ouvert à sa partie supérieure et
comportant un fond plan, ce caisson étant réalisé en une tôle mince. Le fond du'caisson
1 est traversé par une tubulure 2 d'admission des gaz qui est soudée de façon étanche
au fond du caisson.
[0010] Une enceinte 3 rigide, qui est conçue pour résister à la pression du gaz, est logée
dans le caisson 1. Cette enceinte comporte un corps 4 de forme sensiblement tronconique
ouvert à sa partie supérieure; le plus faible diamètre du corps tronconique correspondant
à l'ouverture et un fond bombé 5 dont la convexité est tournée vers le fond du caisson.
Le fond bombé 5 comporte un orifice 6 qui est raccordé de façon étanche à la tubulure
2 par une soudure.
[0011] Le corps tronconique 4 comporte le long de sa paroi latérale deux rainures circonférentielles
7 qui font saillies vers l'intérieur de l'enceinte 3.
[0012] Selon une variante, les rainures circonférentielles 7 peuvent être remplacées par
des ergots 7a, ou bien on peut utiliser une combinaison appropriée de ces rainures
7 et ergots 7a.
[0013] Des éléments perméables réfractaires 8 sont placés dans l'enceinte 3 sur un lit de
matériauréfrac- taire granuleux 9 destiné à répartir le gaz de brassage sur toute
la section de l'élément perméable (plus nettement visible à la Fig. 2).
[0014] Les éléments perméables 8 sont insérés dans un premier liant réfractaire 10 qui est
coulé vibré (ou dans l'espace annulaire situé entre ces éléments perméables et l'enceinte
3, au-dessus dudit lit de matériau granuleux 9.
[0015] Le matériau réfractaire 10 est compatible avec le matériau réfractaire qui constitue
les éléments perméables 8 et adhère solidement sur ces derniers dont les parois sont
rugueuses et/ou munies d'aspérités. on diminue ainsi les risques de déplacement de
l'ensemble des éléments perméables, à l'intérieur de l'enceinte 3, d'une part,grâce
à la forme tronconique de cette dernière, et, d'autre part, grâce aux rainures circonférentielles
situées dans des plans parallèles à l'ouverture supérieure et/ou aux ergots ménagés
sur la face interne de l'enceinte, qui empêchent tout déplacement du réfractaire 10
par rapport à cette enceinte 3. L'enceinte 3 est réalisée en une tôle suffisamment
épaisse pour résister à la pression du gaz et son fond bombé concourt en outre à accroître
la résistance à la pression du gaz.
[0016] L'ensemble ainsi constitué de l'enceinte 3 dans laquelle sont placés des éléments
perméables 8 noyés dans un liant réfractaire 10, est logé dans le caisson 1 et rendu
solidaire de ce dernier par insertion d'un second liant réfractaire 11 dans l'espace
laissé libre entre l'enceinte 3 et le caisson 1. On réalise ainsi un ensemble rigide
et monobloc entre l'enceinte 3 et les éléments qu'elle contient, et le caisson 1.
[0017] Ce caisson 1 est de forme générale sensiblement parallélépipédique ou pyramidale
qui est compatible avec le format du briquetage utilisé pour le fond du convertisseur.
[0018] Le second liant réfractaire 11 est par exemple un pisé réfractaire compatible à la
fois avec le premier liant réfractaire 10 et le matériau réfractaire qui constitue
les briques du revêtement réfractaire recouvrant le fond du convertisseur.
[0019] La structure du dispositif perméable pour l'introduction de gaz selon la présente
invention ainsi'réalisée, présente les avantages suivants :
- un défaut d'étanchéité entre la tubulure 2 et l'enceinte 3 ne peut pas provoquer
de désordre dommageable au fond du convertisseur, car les gaz qui s'échapperaient
par la fissure ainsi ouverte, resteraient contenus dans l'enveloppe métallique constituant
le caisson 1 et ne pourraient que diffuser lentement, à travers le matériau réfractaire
11 vers le bain de métal liquide contenu dans le convertisseur. Ces gaz ne pourraient
pas pénétrer à l'intérieur du massif réfractaire que constituent les briques du fond
du convertisseur;
- la pression du gaz introduit par la tubulure 2, et qui peut être par exemple un
gaz de brassage, peut atteindre des valeurs élevées sans dommage, car ce gaz est contenu
entièrement dans l'enceinte 3 qui est -calculée pour résister à ces pressions élevées.
Le gaz de brassage ne peut en outre pas chasser ou déplacer les éléments perméables
8 et le matériau liant réfractaire 10 qui les entoure, car ceux-ci sont solidaires
et solidement ancrés à l'enceinte 3 grâce aux rainures 7 et/ou ergots 7a et à la forme
tronconique de cette enceinte;
- cette structure permet en outre d'adopter la forme géométrique et la section les
plus favorables à la fois pour les éléments perméables 8, et pour le caisson 1 qui
doit être logé dans le briquetage de fond du convertisseur.
[0020] A titre d'exemple, les éléments perméables 8 peuvent se présenter sous la forme d'une
masse monolithique réalisée à partir d'un mélange réfractaire grenu, fritté, poreux,
par exemple tel que décrit dans le brevet US 4 230 931, ou sous la forme d'un empilage
de plaquettes en un matériau réfractaire, ces plaquettes étant accolées et disposées
verticalement dans l'enceinte 3.
[0021] Les plaquettes 8, dont une est représentée en détail à la Fig. 3, ont notamment une
forme parallélépipédique ou de préférence prismatique engendrée sur une base trapézoïdale
et sont disposées verticalement selon leur plus grande dimension, de telle sorte que
la grande base 12 des faces principales 13 des plaquettes repose sur le lit de matériau
réfractaire granuleux 9.
[0022] On peut prévoir sur les faces latérales 14 des plaquettes 8 des moyens d'ancrage
sous forme de parties en saillie 15 ou en creux (non représentées) par rapport à ces
faces qui concourent avec la forme en trapèze des faces principales des plaquettes
à l'ancrage solide de ces dernières dans le liant réfractaire 10, empêchant ainsi
toute éjection des plaquettes 8 par le gaz de brassage.
[0023] On confère à la masse réfractaire, constituée par les plaquettes accolées, la perméabilité
souhaitée pour le passage des gaz, en réalisant des microcanaux 16 sensiblement verticaux
qui favorisent l'écoulement du gaz et assurent la perméabilité et le débit de gaz
à travers les éléments perméables.
[0024] Pour réaliser ces microcanaux, on peut,par exemple, strier longitudinalement une
ou les deux faces principales 13 des plaquettes qui sont ensuite accolées, de sorte
que les stries, lorsque les plaquettes sont empilées, constituent ces microcanaux
longitudinaux qui confèrent à l'élément perméable une excellente perméabilité et permettent
de débiter des quantités importantes de gaz.
[0025] On peut ainsi par exemple réaliser des plaquettes ayant une épaisseur d'environ 8
mm, une longueur de 650 à 750 mm obtenue en une seule pièce, ou éventuellement en
deux pièces et une largeur de 150 à 250 mm. Les stries qui sont pratiquées à la surface
des plaquettes, sur une ou les deux faces principales, ont une profondeur de quelques
dixièmesde millimètres; et au maximum de 0,3 mm, de façon à ce que l'écartement ouvert
entre deux plaquettes juxtaposées n'excède en aucun cas 0,5 mm. Cette limitation de
la dimension des microcanaux élimine le risque d'infiltration de métal qui provoquerait
la perte progressive de la perméabilité de l'élément perméable constitué par l'empilage
des plaquettes.
[0026] Les microcanaux peuvent aussi être obtenus en introduisant lors du pressage de ces
plaques au fond du moule un tissu organique aéré dont le diamètre des fils sera compris
entre 1/!Oème de millimètre à 0,3 mm. Lors de la cuisson de ces pièces, le tissu en
fibres organiques brûlera et permettra de ce fait de donner aux plaquettes les microcanaux
nécessaires à une bonne perméabilité.
[0027] Le matériau réfractaire constituant l'élément perméable 8 est choisi pour résister
aux chocs thermiques auquel il est soumis lorsque, préchauffé par l'ambiance du convertisseur,
il est soudainement refroidi lorsque l'on admet à plein débit le gaz de brassage.
Ce matériau doit résister à l'action des gaz qui le traversent et qui peuvent être,
par exemple: neutres, tels que l'azote ou l'argon; réducteurs tels que l'oxyde de
carbone, l'hydrogène; oxydants tels que l'oxygène ou la vapeur d'eau;ou carbonatants
tels que le gaz 'carboniqué;ou des mélanges compatibles de ces gaz. Ces matériaux
doivent donc résister à l'action corrosive du métal liquide oxydé ainsi qu'à celle
des laitiers basiques chargés en oxyde de fer avec lesquels ils se trouvent en contact
pendant les opérations de brassage.
[0028] Ces matériaux peuvent notamment être à la base de grains de magnésie, de corindon,
de mullite frittée et/ou électrofondue, liés entre eux par de l'argile, de l'alumine
et/ou de l'oxyde de chrome, puis refrittés à haute température. L'ensemble de ces
plaquettes pourrait être fait intégralement en nitrure de silicium ou en une variété
de sialons.
[0029] Pour améliorer la tenue à la corrosion de cet élément réfractaire à stries supercicielles
ou poreuses, on peut également ajouter aux composés ci-dessus, du graphite ou du nitrure
de bore qui réduisent encore la mouillabilité de ces éléments par rapport au métal
fondu.
[0030] Le premier liant réfractaire 10 dans lequel sont noyés les éléments perméables 8
doit bien évidemment être compatible avec ces derniers et est un matériau classiquement
utilisé à cet effet.
[0031] Le second matériau liant réfractaire est également un matériau classique tel qu'un
pisé basique choisi pour sa compatibilité à la fois avec le premier liant réfractaire
et avec le matériau réfractaire basique qui constitue le briquetage du fond du convertisseur.
[0032] En effet, par mise en contact avec le métal liquide, les enveloppes métalliques constituant
le caisson 1 et l'enveloppe 3 sont liquéfiées et éliminées au moins sur une certaine
hauteur de sorte que le matériau réfractaire basique constituant le briquetage du
fond du convertisseur vient au contact du second liant réfractaire 11 qui est lui-même
au contact du premier liant réfractaire 10.
, 1. Dispositif perméable pour l'introduction de gaz dans un bain de métal liquide,
comportant une enveloppe (1) dans laquelle est disposée une enceinte (3) ouverte à
sa partie supérieure, dans laquelle est placé au moins un élément réfractaire perméable
(8) retenu par un premier liant réfractaire (10), le fond (5) de l'enceinte comportant
un orifice (6) raccordé à un tube d'admission (2) desdits gaz et l'enceinte étant
fixée dans le caisson au moyen d'un second liant réfractaire (11), caractérisé en
ce que l'enveloppe se présente sous forme d'un caisson ouvert à sa partie supérieure
et comportant un fond traversé par le tube (2) d'admission des gaz.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte comporte
un corps (4) sensiblement tronconique dont le diamètre leplus faible se trouve à l'ouverture
supérieure et dont la paroi latérale est munie de moyens de retenue (7, 7a) faisant
saillie vers l'intérieur et un fond bombé (5) dont la convexité est tournée vers le
fond du caisson.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de retenue
sont constitués par au moins une rainure circonférentielle et/ou un ensemble d'ergots.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que le caisson est sensiblement parallélépipédique.
5. Dispositif selonl'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que l'élément réfractaire est constituée d'une masse monolithique en un mélange
réfractaire grenu, fritté et poreux.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
l'élément perméable (8) est constitué d'un ensemble de plaquettes parallélépipédiques
ou prismatiques droites disposées verticalement selon leur plus grande dimension,
dont les faces latérales sont munies de moyens d'ancrage (15) et comportant des microcanaux
longitudinaux (16), placées sur un lit de matériau réfractaire granuleux (9).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les microcanaux sont
réalisés en striant longitudinalement la face des plaquettes de sorte que les stries
aient une profondeur au plus égale à 0,3 mm.
8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisa en ce que les microcanaux sont
réalisés en plaçant entre les plaquettes (8) un tissu organique aéré dont le diamètre
des fils est compris entre 0,1 et 0,3 mm.
9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce
que les plaquettes sont réalisées en un matériau à base de grains de magnésie, de
corindon, de mullite frittée et/ou électrofondue, liés entre aux par de l'argile,
de l'alumine, et/ou de l'oxyde de chrome, puis refrittés à haute température.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce
que les plaquettes sont en nitrure de silicium ou en une variété de sialons.
11 - Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les plaquettes
comportent en outre comme matériau constitutif du graphite ou du nitrure de bore.