Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne une lance de
soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygane, destinée à
être placée au-dessus d'un bain de métal en fusion dans un
creuset en vue d'un traitement métallurgique, en particulier
au-dessus d'un bain de fonte en vue de son affinage en acier.
Plus précisément, l'invention se rapporte aux
lances dont le nez comporte, en plus des ouvertures princi-
pales habituelles débouchant sur la face frontale de l'em-
bout et servant pour le soufflage d'oxygane sous forme de
jets ~ forte impulsion pour l'affinage proprement dit
(oxydation des impuretés du bain métallique), des ouvertu-
res annexes (ou secondaires) pour le soufflage d'un courant
d'oxygene ~ faible vitesse destiné a améliorer le taux de
combustion secondaire des gaz d'affinage.
On rappelle que le "nez" de la lance constitue
l'extr~mité par laquelle sort l'oxygène d'affinage en direc-
tion du bain. En général, le "nez" est une plece creuse en
cuivre, rapportée en bout du corps de lance.
On rappelle également que l'on entend par "face
frontale" la partie du nez tournée en regard du bain métal-
lique contenu dans le creuset.
Il est rappelé par ailleurs que le taux de com-
bustion secondaire traduit la proportion de CO2 dans les
gaz de réaction, ce CO2 étant obtenu par oxydation du CO
qui se dégage du bain métallique suite a la décarburation
de ce dernier par l'oxygane d'affinage.
Des lances polyvalentes de ce type existent déjà.
Toutefois~ des progres sont encore possibles, tant en ce
qui concerne l'augmentation de la combustion secondaire
des gaz de réaction que la durabilité des nez de lance.
Tels sont les buts de la présente invention.
~ 17~2
A cet effet, l'invention a pour objet une
lance de soufflage de gaz oxydant, notamment d'oxygène,
pour l'affinage des métaux en fusion, en particulier d'un
bain de fonte, dont le nez de lance comporte deux catégo-
ries d'ouvertures: des ouvertures principales débouchdnt
sur la face frontale du nez et servant pour l'insuffla-
tion d'oxygene ~ forte impulslon et au moins une ouverture
annexe pour le soufflage d'un courant d'oxyg~ne ~ faible
vitesse, lance caractérisée en ce que l'ouverture annexe
est constitu~e par plusieurs fentes placées ~ distance
les unes dans le prolongement des autres selon une confi-
guration d'ensemble annulaire ento~urant ~ une distance,
comptée bord à bord, comprise entre 2 et 20 cm environ,
l'ouverture principale ou le groupe formé par les ouver-
tures principales, et en ce que lesdites fentes débouchent
sur la face frontale du nez.
L'idee-m~re ~ la base de l'invention consiste,
comme on l'aura sans doute déjà compris, à créer dès la
sortie de lance, ou du moins le plus tôt possible après
la sortie, une nappe continue d'oxygene qui s'épanouit
en forme de "parapluie" autour des jets principaux en se
dirigeant vers le bain metallique.
: Pour cela, il est judicieux que les ouvertures
secondaires se présentent non pas sous la forme d'orifi-
ces circulaires, mais au contraire sous la forme de fen-
tes plus ou moins allongées, disposées annulairement
autour des ouvertures principales, les unes ~ la suite
des autres.
L'invention résulte des considérations essen-
tielles suivantes:
~ 30 Pour obtenir un taux de combustion secondaire
,- élevé, il faut que le ou les courants d'oxygène qui créent
, .
: ,
:
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l'atmosphère oxydante nécessaire soient, dès l'origine,
c'est-3-dire le plus tôt possible après la sortie de la
lance, non pas confin~s en jets localisés sur l'axe des
ouvertures, mais au contraire diffusés latéralement le
plus largement possible. Les jets se réunissent alors à
faible distance de la lance pour former rapidement une
nappe gazeuse conique, centrée sur le nez de la lance et
qui encercle les jets principaux en recouvrant le bain
métallique ~ distance. Dans ces conditions, on forme au-
dessus de celui-ci un écran d'oxygène que le CO se déga-
geant du bain doit obligatoirement traverser.
Par ailleurs, il a pu être constat~ que prati-
quement tous les nez de lance connus s'usent préférentiel-
lement entre les ouvertures principales et ceci malgré les
efforts réalisés pour améliorer l'efficacité de leur
refroidissement par circulation d'eau interne. Grâce a
leurs travaux de recherche, les inventeurs ont pu établir
que cette usure, responsable d'une mise au rebut précoce
des nez de lance, avait pour cause prépondérante des phé-
nom~nes d'aspiration provoquant des recirculationsgazeuses autour des jets d'oxygene a forte impulsion.
Ainsi, les gaz très chauds présents dans l'atmosphere au-
dessus du bain et chargés en particules solides sont loca-
lement aspirés vers la lance et viennent éroder la surface
du nez autour des orifices principaux d'oxygène et en
particulier, les zones situées entre ces orifices, puis-
que c'est là que s'additionnent les effets de recircula-
tion propres à plusieurs jets principaux voisins.
Grace à la présence d'orifices annexe en forme
de fentes, conformément a l'invention, on modifie favora-
blement les écoulements gazeux contre le nez de lance, de:
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sorte que les phénomènes d'usure par recirculation des
gaz chauds sont considérablement réduits.
En conformité avec l'invention, un tel résul-
tat est atteint lorsque les fentes sont éloignées des
ouvertures principales d'une distance comprise entre 2 et
20 cm environ, cette distance étant comptée de bord a
bord, car la section des orifices concernés intervient peu.
Si les fentes sont localisées trop près (à moins
de 2 cm approximativement), la recirculation ga2euse autour
des jets principaux est certes supprimée, mais les courants
d'oxygène a la sortie des fentes sont mis en accélération
par l'effet d'entraînement des jets principaux, de sorte,
qu'en définitive, cela revient à déplacer le problème de
l'usure autour des fentes secondaires. De plus, cette mise
en accélération est opposée à la diffusion latérale des
courants secondalres, si bien que, dans le meilleur des
cas, la formation d'une nappe conique homogène d'oxygène
au-dessus du bain est retardée et la combustion secon-
daire diminue.
Par contre, si les fentes sont placées trop
loin, à savoir à plus de 20 cm environ, elles n'ont prati-
quement plus d'influence sur l'aérodynamique au voisinage
des jets principaux d'oxygène. Toutefois, les fentes
secondaires ne doivent pas pour autant être placees sur
le flan latéral du nez car sinon, l'effet recherché n'est
pas obtenu.
On va maintenant illustrer ce qui vient d'etre
dit à l'aide des planches de dessins annexées sur les-
quelles les figures 1 et 2, représentent schématiquement
! ~ 30 un nez de lance selon l'invention vu du dessous, c'est-~-
dire vu du bain de métal ~ traiter, et la figure 3` est une
.
- , ' ~
1 1780~2
vue en coupe verticale selon le plan axial AA de la
figure 2.
Sur les figures, on voit en 1 la face frontale
du nez de lance 2. Cette face, de forme senslblement
plane, présente dans sa partie centrale trois orifices
principaux 3 pour le soufflage de jets d'oxygane a forte
impulsion (oxygane d'affinage).
A une distance notée "d" compris0, comme on
l'a dit, entre 2 et 20 cm environ du bord des orifices 3,
sont ménagaes des ouvertures pour la sortie des courants
d'oxygène ~ faible impulsion, destinés ~ former une nappe
conique continue entourant les jets principaux et recou-
vrant la surface du bain métallique a affiner.
En conformité avec l'invention, ces ouvertures
annexes peuvent présenter de nombreuses variantes de con-
ception, allant depuis une configuration en petites fentes
multiples 6 ~figure 2) pratiquement rectilignes, en passant
par des configurations a fentes en arc de cercle plus ou
moins allongées, telles que 5 (figure 1).
Il doit être souligné en effet que l'écran
gazeux de forme conique recherché peut être réalisé a
partir d'une succession de fentes espacées (figures 1 et
2). L'intéret de cette forme de réalisation est de pouvoir
: ménager entre les fentes, des petits ponts qui facilitent
l'aménagement d'un circuit d'eau de refroidissement ~ l'in-
tarieur du nez de lance. Dans ce cas cependant, il est
:~ avantageux de prévoir des fentes a profil divergent dans
le sens du soufflage pour permettre une meilleure diffu-
. sion latérale des différents courants d'oxygene secon-
daire qui peuvent alors se rejoindre rapidement das leur
sortie des fentes, pour former le plus tôt possible
1 178~')2
l'écran gazeux uniforme recherché. A cet effet, les petits
côtés des fentes ont ét~ chanfreinés. Ces ~hanfreins sont
bien visibles en lS sur la figure 2.
La figure 3 montre le nez de lance 2 en coupe
verticale tel que monté ~ l'extrémite basse du corps de
lance, lequel est constitué de la manière habituelle par
trois tubes concentriques 8, 9 et 10. Ainsi qu'on peut
s'en rendre compte, le nez 2 est une piece creuse en cui-
vre, moulée de façon à ménager des passages centraux 11
qui débouchent sur la face frontale 1 par les ouvertures
3 déjà citées. Cette pièce est ensuite percée par usinage
et des canons en cuivre 12 sont placés dans les perçages
ainsi réalisés. Ces canons présentent une section de pas-
sage 13 de forme oblongue dans la direction perpendiculaire
au plan de la figure et débouchent en face frontale 1 par
les fentes 6.
Un cloisonnage interne 14, qui peut être rap-
porte ou moulé d'origine avec le nez, partage le volume
intérleur du nez en deux compartiments, intérieur 15 et
extérieur 16, communiquant entre eux par des passages
annulaires 17 ménagés autour des passages principaux 11.
De cette façon, on réalise ~ l'intérieur du neæ un cir-
cuit d'eau de refroidissement étanche qui irrigue effica-
cement toute la face frontale 1. La circulation de l'eau
est indiquee par des flèches.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux
exemples décrits, mais s'étend ~ de multiples variantes
ou équivalents dans la mesure où sont respectées les carac-
téristiques techniques énoncées dans les revendications
jointes.
Par ailleurs, il est clair que la mise en
:
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oeuvre pratique de l'invention suppose que des moyens
~ont prévus qui permettent de dlfferencier les vitesses
de soufflage de l'oxygene entre les jets prlncipaux
forte impulsion destinés ~ l'affinage, et les jets
secondaires ~ plus faible quantité de mouvement destinés
à former l'écran gazeux.
Ces moyens peuvent être purement constructifs,
le calibre relatif des passages 13 assurant la r~partition
des débits (figure 3), ou plus élaborés pour permettre des
réglages dynamiques et indépendants des flux gazeux ~ par-
tir, par exemple, de deux alimentations séparées en oxy-
gène et d'un corps de lance à double flux.
D'autre part, l'invention est d'application
générale à tout traitement ~ l'oxygène de bains métalli-
ques carburés contenus dans un réclpient métallurgique.
De préférence, elle s'appliaue conjointement avec une
opération de brassage du bain obtenu par une insuffla-
tion de gaz de brassage (gaz neutre ou éventuellement
oxydant) au travers des tuyères ou d'éléments refractai-
res aéroperméables incorporés en paroi du récipient, àun niveau inférieur à celui du bain, et plus généralement,
dans le fond du récipient. C'est en effet dans les condi-
tions opératoires précitées que les meilleurs résultats
sur le plan de la combustion secondaire ont pu être enre-
gistrés à ce jour par les inventeurs, notamment en raison
du fait, semble-t-il, que le brassage pneumatique du bain
par insufflation d'un gaz par le fond est de nature ~ sta-
biliser la hauteur de couche du laitier, donc également,
la distance séparant l'extrémité de la lance de la sur-
face de laitier.
.~
