Dispositif pour fournir des matières gazeuses et solides à un bain de métal en voie d'affinage

Abstract

 Une lance de soufflage est constituée essentiellement par un bloc (1) monolithique, comportant des tuyères (20, 21 et 22), logé dans une calotte (2), comportant des perforations qui correspondent aux orifices des tuyères. Le bloc (1) et la calotte (2) sont espacés l'un de l'autre par l'intermédiaire d'embouts qui constituent les prolongations desdites tuyères. Un tube (4) qui traverse une perforation (10) centrale du bloc, est raccordé aux bords d'un orifice pratiqué dans la calotte. L'espacement entre le bloc et la calotte resp. entre le bloc et le tube (4) constitue le passage d'un fluide qui circule en circuit fermé. Le bloc (1) comporte à sa face supérieure des embouts concentriques par rapport à l'axe vertical, qui sont raccordés à des tubes (5a, 6a, 7a et 8a) également concentriques. La calotte (2) est raccordée à un tube (3) formant l'enveloppe du corps de la lance. Le tube (4) est vertical, tandis que les tuyères (20, 21 et 22) sont inclinées, de préférence de 10-15°, resp. de 30-45°, resp. de 60-120°.

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif pour fournir des matières gazeuses et solides, notamment de l'oxygène et des matières carbonées, à un bain de métal en voie d'affinage par soufflage par le haut.

[0002] Le déposant s'est donné comme tâche de développer un dispositif destiné à débiter dans le cadre d'un processus d'affinage par soufflage d'oxygène par le haut, d'une part de l'oxygène et d'autre part une matière carbonée. L'approvisionnement du bain en oxygène doit comporter d'une part une quantité d'oxygène d'affinage, pénétrant dans le métal en vue d'y rencontrer du carbone et de former du monoxyde de carbone gazeux et d'autre part une quantité d'oxygène répartie au-dessus de la surface du bain en vue d'y brûler le dit monoxyde de carbone, formé au cours de l'affinage. Pour ce qui est de l'approvisionnement du bain en matières carbonées, le but poursuivi est de recarburer le bain en vue de disposer d'une capacité énergétique accrue, l'énergie dégagée par l'oxydation du carbone dans le bain resp. du monoxyde de carbone au-dessus de sa surface, étant ul- timement destinée à faire fondre dans le bain des quantités importantes de mitrailles solides.

[0003] Lorsqu'on se propose de débiter par un même dispositif à la fois de l'oxygène pratiquement pur et une matière carbonée, et ceci dans un environnement où règnent des températures supérieures à 1400 °C, il y a lieu de prendre certaines précautions.

[0004] Ainsi il faut veiller à ce que les différents conduits ne puissent avoir de fuite qui pourrait résulter en un contact entre l'oxygène et le carbone, susceptible de provoquer une explosion. Dans ce contexte il faut souligner que les matières carbonées qui sont véhiculées à travers le dispositif, présentent un pouvoir abrasif prononcé.

[0005] Il faut également prévoir dans le dispositif un circuit de refroidissement fiable tout en considérant la nécessité de limiter l'envergure de ce circuit à un minimum, tant du point de vue de l'espace que des quantités en fluide de refroidissement à mettre en oeuvre, étant donné qu'en cas d'une percée de fluide ce dernier ne devrait parvenir dans le creuset qu'en quantités réduites à un strict minimum.

[0006] Enfin le dispositif, aussi complexes que soient ses fonctions, devrait être accessible à un mode de fabrication simple et du moins relativement bon marché

[0007] Un dispositif qui répond aux critères énoncés ci-devant est le dispositif suivant l'invention qui est une lance de soufflage dont la tête est dotée de tuyères et qui est caractérisé en ce que la tête se compose d'une part d'un bloc monolithique qui comporte à sa face inférieure resp. latérale des embouts tubulaires qui constituent les prolongations des tuyères et d'autre part d'une calotte qui présente des perforations dont le calibre et l'emplacement correspondent à ceux des tuyères, la dite calotte enveloppant le dit bloc et étant raccordée à ce dernier par les dits embouts. Ainsi il existe entre la calotte et les faces latérales et inférieure du bloc un passage dans le quel peut circuler un fluide de refroidissement.

[0008] Suivant l'invention le bloc et la calotte sont munis d'une perforation centrale, le diamètre de la perforation du bloc étant supérieur à celui de la calotte. C'est dans ces orifices que l'on loge suivant l'invention un tube central à travers lequel on peut transporter soit du gaz seul, soit de la matière solide suspendue dans un gaz porteur et on disposera automatiquement d'un conduit enveloppant le le dit tube central, lequel conduit donne accès au passage entre le bloc et la calotte. Grâce à cette particularité on obtient un dispositif capable de véhiculer une matière donnée, éventuellement non- compatible avec d'autres matières qui sont véhiculées à travers le même dispositif, et où les matières se trouvent protégées les unes contre les autres par un écran de protection qui est constitué par un fluide qui agit en même temps en tant que fluide de refroidissement.

[0009] Suivant l'invention le bloc présente à sa face supérieure des embouts circulaires, concentriques par rapport à l'axe vertical de la tête de lance. Ces embouts sont disposés de manière à délimiter des passages annulaires dans lesquels aboutissent les tuyères, si bien qu'il suffit de raccorder les embouts à des tubes concentriques pour obtenir un dispositif présentant plusieurs circuits indépendants les uns des autres.

[0010] Il est bien entendu que la calotte est également raccordée à un tube qui forme l'enveloppe du corps de la lance.

[0011] Le principal avantage du dispositif suivant l'invention réside dans le fait qu'il offre la possibilité de véhiculer et de débiter en même temps des matières non-compatibles entre elles et que le moyen de protection prévu pour éviter le contact physique entre ces matières - en l'occurence le carbone et l'oxygène - remplit en même temps la fonction d'agent de refroidissement.

[0012] Un autre avantage réside dans la simplicité des moyens mis en oeuvre pour la construction du dispositif. En effet la tête se compose essentiellement du bloc, de la calotte et de plusieurs tubes, donc d'éléments facilement réalisables.

[0013] L'invention sera mieux comprise par la description des dessins qui montrent de manière non-limitative une forme d'exécution possible du dispositif suivant l'invention et où la gg.1 représente une coupe à travers le bloc monolithique de la tête de lance, tandis que la fig.2 montre une coupe à travers la calotte, extérieure et la fig.3 représente l'ensemble de la tête de lance où le bloc se trouve in- ;éré dans la calotte.

[0014] Le bloc (1) présente une perforation centrale (10), dans le sens de l'axe vertical, qui est destinée à recevoir le conduit des matières solides et à former en même temps le conduit d'amenée du fluide de refroidissement et de protection. On distingue également les tuyères (20, 21 et 22) qui peuvent servir pour le soufflage d'oxygène. Ainsi la tuyère (20) qui n'est que légèrement inclinée par rapport à l'axe vertical peut véhiculer l'oxygène d'affinage, tandis que les tuyères (21,22) obliques amènent l'oxygène de post-combustion qui ne doit pas pénétrer dans le bain.

[0015] La fig.l montre que le bloc (1) présente à sa face supérieure les embouts circulaires, concentriques (5,6,7,8) et il devient clair que ces embouts délimitent des conduits. Ainsi l'embout (5) forme le passage central (10); en même temps il forme ensemble avec l'embout (6) un conduit tubulaire délimitant l'espace dans lequel aboutit la tuyère (20), les embouts (6 et 7) délimitent un autre conduit tubulaire dans lequel aboutit la tuyère (21) et enfin il en est de même pour les embouts (7 et 8) à l'égard de la tuyère (22). Il est bien entendu que les différents conduits tubulaires peuvent constituer les bases communes à plusieures tuyères du même type; ainsi on peut prévoir p. ex. 3 tuyères (20), 3 tuyères (21) et 6 tuyères (22).

[0016] On remarque que les faces latérales resp. inférieures du bloc (1) présentent des embouts (20b, 21b et 22b) qui prolongent les tuyères (20, 21 et 22).

[0017] La fig.2 montre la calotte (2) qui est munie d'un col (3). Ce col est destiné à servir de support pour le tube central qui véhiculera la matière solide. Il peut être raccordé à la calotte ou en faire partie intégrante.

[0018] On peut constater que la calotte présente les perforations (10c, 20c, 21c et 22c) qui correspondent aux tuyères (10, 20, 21, et 22) du bloc selon la fig.1. Ces perforations peuvent également être réalisées après l'assemblage.

[0019] Dans l'ensemble constitué par le bloc (1) inséré dans la calotte (2) la surface intérieure de la calotte et la surface inférieure et latérale du bloc, abstraction faite des embouts délimite un passage pour un fluide de refroidissement et de protection.

[0020] Le principal avantage de l'invention apparait de la fig.3 où il est montré l'ensemble de la tête de lance. En effet on distingue le tube (4) raccordé au col (3) de la calotte (2); ce tube (4) peut véhiculer du carbone suspendu dans un gaz porteur approprié. Les différents embouts qui sont agencés à la surface supérieure du bloc (1), sont raccordés à des tubes concentriques (5a, 6a, 7a, et 8a). Ainsi le passage entre le tube (5a) resp. l'embout (5) et le tube (4) peut servir suivant l'invention comme conduit d'entrée pour un fluide de refroidissement et de protection. Les passages entre les tubes (5a et 6a) resp. (6a et 7a) resp. (7a et 8a) conduisent vers les tuyères (20) resp. (21) resp. (22). On peut constater qu'il est crée grâce à l'aménagement particulier du passage du fluide de refroidissement, un écran de protection entre le tube (4) et les autres conduits permettant ainsi d'y véhiculer des matières non-compatibles avec celle du tube (4). Le passage du fluide est marqué par les flèches qui indiquent que le fluide est conduit à travers le dispositif de manière à balayer le maximum imaginable de la surface externe de la tête de lance, les seuls endroits non-refroidis étant uniquement les ouvertures des tuyères (10, 20, 21 et 22).

[0021] Le dispositif suivant l'invention peut, grâce à sa conception particulière, être fabriqué suivant des méthodes classiques et relativement bon marché. Ainsi le bloc (1) se prête à une fabrication par coulée en moule; on peut facilement obtenir les perforations par forage. La formation des embouts inférieurs peut être prévue dans l'aménagement du moule, tout comme d'ailleurs celui des tuyères. Quant aux embouts supérieurs, concentriques, on peut les obtenir par tournage et fraisage. Le bloc (1) est utilement en cuivre, tout comme la calotte (2).

[0022] Dans ce contexte il faut souligner que le bloc et la calotte peuvent également former un ensemble monolithique, relativement facile à réaliser par coulée en moule. Soit que l'on préfère cette forme d'exécution ou l'exécution où le bloc et la calotte forment des pièces individuelles, il est facile de récupérer la partie bloc en cas d'endommagement de la partie calotte.

[0023] Le tube (4) peut être raccordé au col (3) par vissage ou par tout autre moyen d'assemblage étanche; on peut utilement prévoir un joint torique non-représenté, entre le sommet du col (3) et la partie adjacente du tube (4).

[0024] Suivant une forme d'exécution préférée du dispositif selon l'invention on peut prévoir un certain nombre de tuyères, présentant les diamètres resp. les angles d'inclinaison par rapport à la verticale, comme suit:

1 Tuyère 10 : 40-45 mm ; 0° ; jet dur de carbone

3 Tuyères 20 : 40-45 mm ;10 - 15°; jets durs d'oxygène

3 Tuyères 21 : 25 mm ;30 - 45°; jets mous d'oxygène

6 Tuyères 22 : 20 mm ;60 - 90°; jets mous d'oxygène

[0025] Comme on le constate, il existe de nombreuses possibilités; on peut même prévoir des tuyères dont l'angle d'inclinaison est supérieur à 90° (p. ex. 120°)

[0026] Suivant l'invention le circuit de protection/refroidissement de la lance est un circuit fermé qui comporte entre le conduit d'entrée dans la lance et le conduit de sortie, à l'extérieur du corps de lance, une pompe, un échangeur de chaleur, un réservoir-tampon ainsi que des moyens de mesure continue de la pression et des débits entrée-sortie du fluide véhiculé dans le dit circuit. Les instruments de mesure sont reliés à un système d'alerte si bien qu'une perte de pression, ou une différence entres les débits entrée-sortie indicatifs d'une quelconque détérioration dans le circuit, peut directement être signalée en vue d'une intervention adéquate.

Revendications

1. Dispositif pour fournir des matières gazeuses et solides, notamment de l'oxygène et des matières carbonées, à un bain de métal en voie d'affinage par soufflage par le haut, lequel dispositif est une lance de soufflage dont la tête est dotée de plusieures tuyères, caractérisé en ce qu'un bloc (1) monolithique, comportant des tuyères (20, 21 et 22) est logé dans une calotte (2) comportant des perforations (20c, 21c, et 22c) qui correspondent aux orifices des tuyères, que le bloc (1) et la calotte (2) sont espacés l'un de l'autre par l'intermédiaire d'embouts (20b, 21b et 22b) qui constituent les prolongations des dites tuyères et qu'un tube (4) qui traverse une perforation (10) centrale du bloc, est raccordé aux bords d'un orifice (10c) pratiqué dans la dite calotte et que. l'espacement entre le bloc et la calotte resp. entre le bloc et le tube (4) constitue le passage d'un fluide qui circule en circuit fermé.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc (1) comporte à sa face supérieure des embouts (5,6,7,8) concentriques par rapport à l'axe vertical et qui sont raccordés à des tubes (5a, 6a, 7a et 8a) également concentriques.

3. Dispositif suivant la revendication l, caractérisé en ce que la calotte (2) est raccordée à un tube (3) formant l'enveloppe du corps de la lance.

4. Dispositif suivant les revendications 1-3, caractérisé en ce que le tube (4) est vertical, tandis que les tuyères (20, 21 et 22) sont inclinées, de préférence de 10-15°, resp. de 30-45°, resp. de 60-120°.

5. Dispositif suivant les revendications 1-4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieures tuyères du type de la tuyère (20) resp. de la tuyère (21) resp. de la tuyère (22).

6. Dispositif suivant les revendications 1-5, caractérisé en ce que les embouts (5, 6, 7 et 8) délimitent des espaces annulaires dans lesquels aboutissent les tuyères du même type.

7. Dispositif suivant les revendications 1-3, caractérisé en ce que le fluide qui circule par les passages entre le bloc (1) et la calotte (2) et entre le bloc (1) et le tube (4), circule dans un circuit fermé qui comporte notamment une pompe, un échangeur de chaleur et un réservoir-tampon et qui est doté d'instruments de mesure continue de la pression et des débits entrée-sortie du fluide.

8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les instruments de mesure sont raccordés à un système.d'alerte qui produit un signal en vue d'une intervention appropriée.

Dessins