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La présente inventlon concerne une tuyère pour
lance d'affinage et, en particulier, une tuyère pour fournir
de l'oxygene de postcombustion a l'espace situe au-dessus
d'un bain métallique en voie d'affinage.
On connaît des lances d'affinage qui possedent,
en dehors des tuyeres fournissant l'oxygene supersonique
d'affinage, plusieurs tuyères auxiliaires, inclinees entre
25~ et 60~ (voir par exemple les brevets luxembourgeois Nos
78.906 et 83.814) par rapport à l'axe vertical, debitant des
jets d'oxygène servant à la postcombustion. Etant donne que
ces jets d'oxygène sont subsoniques, les tuyères auxiliaires
sont alimentées par un circuit d'oxygène indépendant qui
permet une régulation en debit. Il est également connu (voir
-le brevet luxembourgeois No. 82.846) de munir les conduits
des tuyères qui guident l'oxygène de postcombustion de
moyens pour augmenter le degré de turbulance du jet. Ces
moyens peuvent consister en des tôles disposees dans les
conduits des tuyères secondaires de manière à former des
spirales; dans une autre forme d'exécution, on munit les
parois des conduits de rainures qui peuvent être soit
circulaires et être disposées dans un plan perpendiculaire à
l'axe du conduit, soit spiralées.
Dans l'art anterieur, les angles d'inclinaison
des tuyères qui guident les jets d'oxygène de postcombus~
tion, une fois déterminés par des essais ou des méthodes
empiriques (tenant compte des inclinaisons des jets d'oxygè-
ne primaire, de leur disposition, des dimensions du conver-
tisseur, de la hauteur de la tête de lance au-dessus du
I bain, etc.) restent évidemment constants. Il n'est donc pas
1 30 possible, ni de- balayer l'espace au-dessus du bain avec des
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:
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jets d'oxygène, ni d'envoyer l'oxygène de postcombustion
dans le convertisseur sous un angle fonction de la phase
d'affinage en cours. On pourrait imaginer de munir des
tuyères d'un quelconque système mecanique permettant de
modifier leur angle d'inclinaison. Malheureusement un tel
système serait directement expose aux conditions difficiles
regnant dans un convertisseur (temperatures variant entre
800 et 1800~C, projections de scories, de metal liquide...)
de sorte à n'avoir qu'une duree de vie des plus reduites.
D'un autre côte, des variations d'inclinaison obtenues par
des moyens mecaniques seraient trop lentes pour creer une
zone étendue, virtuellement alimentée en permanence par de
l'oxygène. Un autre desavantage des tuyères connues est que
l'oxygène est envoyé dans l'espace au-dessus du bain en jets
discrets, c'est-à-dire la concentration en oxygène par
, rapport à celle du monoxyde de carbone est d'un côté exces-
,sive dans le jet et d'un autre côté trop faible dans l'espa-
.;
ce entre deux jets. Le volume au-dessus du bain dans lequel
la présence d'oxygène et de monoxyde de carbone en quantités
sensiblement stoechiométriques en vue d'amorcer et d'entre-
tenir la combustion peut être assurée, est réduit.
,La présente invention a comme but de proposer une
tuyère qui évite les désavantages exposés plus haut et qui
¦permet d'envoyer un jet d'oxygène dans un convertisseur sous
inclinaison variable sans mettre en oeuvre un système
mécanique délicat.
L'invention a donc pour objet une tuyère pour
ilance d'affinage, destinée à fournir l'oxygène de postcom-
bustion à l'espace se trouvant au-dessus d'un bain métalli-
¦30 que en voie d'affinage, la tuyère étant pourvue d'une
~: : :
-2-
-~ .
~ 3 2 3 7 ~ 7 ~ ; ~
embouchure et étant située dans le prolongement d'un conduit ~-
d'amenée de gaz, muni d'une vanne régulatrice de pression.
La tuyère selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle
comporte une paroi réglée le long de laquelle le gaz s'écou~
- . .
le en ligne droite et aboutit à une arête constituant une ~ - -
.
partie de l'embouchure, et une paroi coudée reliant le reste
de l'embouchure, sensiblement situé dans le prolongement de
la paroi réglee, au conduit d'amenée de gaz.
De préférence, l'arête est aiguë.
10Suivant un mode de réalisation préféré de l'in-
vention, la paroi coudée forme un divergent; par exemple,
celle-ci peut former en amont de l'arete un convergent, et
en aval un divergent. De préference, la paroi coudée forme
un col, immédiatement en amo~t de l'arete.
L'embouchure de la tuyère esquisse de préférence
. ,
la forme d'un rectangle aplati dont l'un des cotés longs ;
constitue l'arete.
Suivant un autre mode de réalisation préfére, la ~;
lance est pourvue d'un manteau exterieur, de forme sensible-
20ment cylindrique, et la paroi reglee est formee par une
~ partie de la face interne du manteau exterieur. ~ ~
J D'autres avantages et caracteristiques de l'in- ~ -
' vention apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description ci-après de modes de realisation preferes tels
' qu'illustres de facon non-limitative dans les dessins
¦ ci-joints, dans lesquels:
~ - la fig. 1 représente de manière schématique une
¦ lance d'affinage munie de tuyeres selon l'invention; et
- la fig. 2 une coupe transversale selon la ligne - ;
30II-II à travers une tuyère de la fig. 1. '
; -3-
3~
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1 3 2 3 7 ~ 7 :~ -
., ~ . ..
- . - . ...
On distingue en fig. 1 le corps de la lance 1 ~
ainsi que trois jets d'oxygène d'affinage 2 sortant de la ~i
; tête de lance. En retrait de la tête de lance, à une distan-
ce de l'ordre de 1 mètre, se trouvent les embouchures 3 de ~ ~ -
plusieurs tuyères disposées à differentes hauteurs sur le ~
:: : : ,
pourtour du corps de lance et fournissant l'oxygène de
postcombustion. Sur la coupe en fig. 2, on remarque le
conduit d'amenee de gaz 5 débouchant dans la tuyère 11. Le
manteau extérieur 4 de la lance 1 délimite un côté du
conduit S et de la tuyère 11 par une surface réglee le long
de laquelle l'oxygène peut se deplacer en ligne droite
jusqu'à l'arête rectiligne 16 formant une partie de l'embou-
chure 3. Le reste de la paroi du conduit 5, repéré par la
référence 6, est relié par l'intermediaire d'une paroi
f~ coudée 7, qui définit une tuyère convergente, à la partie
restante de l'embouchure 3.
Une vanne 8 contrôle le débit d'oxygène. Cette
~ vanne qui a été dessinée pour des raisons de commodité
! proche de l'embouchure 3, se trouve normalement près des
J 20 supports du corps de lance. Une distance vanne-embouchure
d'une dizaine de mètres adoucit également les phénomènes
transitoires lors de la déflection rapide du jet d'oxygène.
Un capteur de pression 9 mesure la pression reelle P à
l'entrée de la tuyère 11. Cette pression P est comparée
(référence 14) à une pression de consigne Po et en cas de
différence un régulateur 10 agit sur le degré d'ouverture de
la vanne 8. Au lieu de mettre en oeuvre une boucle de
régulation, on peut également déterminer à l'aide de simples
essais la plage dans laquelle le degré d'ouverture de la
vanne 8 doit varier.
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Il est impératif pour avoir l'effet de déflection
variable désiré, que le jet d'oxygène possède en amont de la
tuyère 11 une pression telle que la vitesse du gaz soit
sonique au passage d'un plan fictif 12 passant par le sommet
- de l'arête 16 et normal au manteau 4 guidant le gaz (théori-
quement normal au vecteur vitesse du gaz). C'est à la
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hauteur du sommet de cette arête pointue que le jet se
détend tout en etant le siège d'une multitude d'ondes de
choc qui sont à la base d'une augmentation de vitesse du jet
et de sa déviation. L'angle de déflection A varie en fonc-
tion de la pression du gaz au niveau de l'arête 16, c'est-
à-dire plus la pression du gaz y est élevée, plus l'angle A
est faible. Par contre, l'effet de déflection par l'arête 16
est pratiquement nul lorsque le gaz -a une vitesse subsonique
. . ..
à la traversée du plan 12. En variant par conséquent le '~
: . . . : . :::- ,,: -
degré d'ouverture de la vanne 8 entre des limites preeta-
blies, on arrive à balayer un angle solide qui se rapproche ~ ;
de quelque 40~. Au gre du déroulement du processus d'affina-
ge, il est également possible d'adopter un angle de déflec-
tion A bien déterminé et de le garder constant.
: . . . :~
Notons que pour avoir l'effet désiré il est
avantageux, mais pas absolument necessaire, d'utiliser un
' :. ~
convergent en amont du plan 12 qui accelère le gaz à la -
i vitesse sonique. Il est egalement avantageux d'un point de '
-~ vue de l'écoulement du fluide, mais pas essentiel, que le
;~ conduit 5 debouche sans variation de direction dans la
. :. . :- .
partie réglee de la tuyère 11 en amont de l'arête 16. Il
faut uniquement prevoir en amont de l'arête une paroi, le
long de laquelle le gaz peut s'ecouler en ligne droite et ::
~ 30 assurer qu'il possède une vitesse sonique au niveau de '- ~
:, ~,~.~: ~. .
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l'arête. A la llmite, on peut imaginer l'emploi de tuyères à
section constante, alimentées sous une pression telle que le
gaz se trouve à vitesse sonique à l'approche de l'embouchure
3, la paroi 7 definissant un simple coude à 90~.
Etant donne que la vitesse à laquelle le jet sort
de l'embouchure 3 est habituellement sonique ou supersoni-
que, il existe un danger latent que le jet n'arrive jusqu'-
aux parois du convertisseur et ne degrade le materiau
refractaire. Il faut par consequent imperativement eviter de
former un jet "penetrant". Ceci peut se faire en variant en
continu l'inclinaison du jet, les turbulences qui en resul-
tent dans le convertisseur etant peu favorables à un depla-
cement de jet en ligne droite ou bien en choisissant une
: - -, .: ' ~ ~
hauteur d'embouchure très faible, de l'ordre d'un cm, un jet
mince etant freine sur distance relativement courte par
l'atmosphère agitee environnante. La première solution met
en oeuvre des quantites substantielles d'oxygène, mais
exclut un fonctionnement sous inclinaison constante.
L'invention a ete exposee à l'aide d'embouchures
allongees disposees normalement à l'axe de la lance. On peut
tout aussi bien disposer les embouchures de manière oblique
par rapport à l'axe pour avoir par exemple des interactions
entre les differents jets, entraînant un brassage localise
de l'atmosphère. On peut egalement provoquer un effet de
brassage en choisissant une arete courbee au lieu de la
.. .
prendre rectiligne. Pareillement, l'arete 16, au lieu d'etre
disposee de manière à provoquer une deviation du jet vers le -
haut, peut, après modification adequate des conduits S
d'amenee d'oxygène, etre disposée de manière à provoquer une
deviatlon du jet vers le bas.
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