EP0109916B1 - Dispositif pour fournir des matières gazeuses et solides à un bain de métal en voie d'affinage - Google Patents

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

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EP0109916B1
EP0109916B1 EP83630174A EP83630174A EP0109916B1 EP 0109916 B1 EP0109916 B1 EP 0109916B1 EP 83630174 A EP83630174 A EP 83630174A EP 83630174 A EP83630174 A EP 83630174A EP 0109916 B1 EP0109916 B1 EP 0109916B1
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cap
block
nozzles
lance
blowing
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EP83630174A
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EP0109916A1 (fr
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Robert Mercatoris
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Mecanarbed Dommeldange Sa Rl
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Mecanarbed Dommeldange Sa Rl
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors

Definitions

  • the invention relates to a device for supplying gaseous and solid materials, in particular oxygen and carbonaceous materials, to a metal bath in the process of refining by top blowing, as set out in the preamble of claim main.
  • the supply of the metal bath with oxygen must comprise on the one hand an amount of oxygen, penetrating into the metal in order to meet carbon there and to form carbon monoxide gas and on the other hand an amount of oxygen distributed over the surface of the bath in order to burn the said carbon monoxide, formed during the refining.
  • the aim is to recarburize the bath in order to have an increased energy capacity, the energy released by the oxidation of carbon in the resp resp. carbon monoxide above the surface, being ultimately intended to melt in the bath significant amounts of solid scrap.
  • Patent LU-A-78,906 describes a lance head, provided with a central nozzle, the axis of which coincides with the axis of the lance, surrounded by two series of nozzles more or less inclined relative to the nozzle central.
  • a reliable cooling circuit must also be provided in the device while considering the need to limit the scope of this circuit to a minimum, both from the point of view of space and of the quantities of cooling fluid to be used, given that in the event of a fluid leakage, the latter should only reach the crucible in quantities reduced to a strict minimum.
  • the device as complex as its functions, should be accessible to a simple and at least relatively inexpensive manufacturing method.
  • the block and the cap are provided with a central perforation, the diameter of the block perforation being greater than that of the cap. It is in these orifices that a central tube is housed through which it is possible to transport either gas alone or solid material suspended in a carrier gas and there will automatically be a conduit enveloping said central tube; which conduit gives access to the passage between the block and the cap. Thanks to this feature, a device is obtained capable of conveying a given material, possibly not compatible with other materials which are conveyed through the same device, and where the materials are protected against each other by a protective screen which is consisting of a fluid which acts at the same time as a cooling fluid.
  • the block has on its upper face circular end pieces, concentric with respect to the vertical axis of the lance head.
  • These nozzles are arranged so as to delimit annular passages in which the nozzles terminate, so that it suffices to connect the nozzles to concentric tubes to obtain a device having several independent circuits from one another.
  • cap is also connected to a tube which forms the casing of the body of the lance.
  • the main advantage of the device according to the invention lies in the fact that it offers the possibility of conveying and cutting at the same time materials which are not compatible with each other and that the means of protection provided to avoid physical contact between these materials - in this case carbon and oxygen - at the same time fulfills the function of cooling agent.
  • the head essentially consists of the block, the cap and several tubes, therefore of easily achievable elements.
  • FIG. 1 shows a section through the monolithic block of the lance head
  • FIG. 2 shows a section through the outer collar
  • FIG. 3 shows the entire lance head where block is inserted in the cap.
  • the block (1) has a central perforation (10), in the direction of the vertical axis, which is intended to receive the conduit for solid materials and at the same time to form the conduit for supplying the cooling and protective fluid. .
  • nozzles (20, 21 and 22) which can be used for blowing oxygen.
  • the nozzle (20) which is only slightly inclined relative to the vertical axis can convey the refining oxygen, while the oblique nozzles (21, 22) bring the post-combustion oxygen which must not penetrate in the bath.
  • Fig. 1 shows that the loc (1) has on its upper face the circular, concentric ends (5, 6, 7, 8) and it becomes clear that these ends delimit conduits.
  • the end piece (5) forms the central passage (10); at the same time it forms together with the end piece (6) a tubular conduit delimiting the space in which the nozzle ends (20), the end pieces (6 and 7) delimit another tubular conduit in which ends the nozzle (21) and finally, the same is true for the end pieces (7 and 8) with respect to the nozzle (22).
  • the various tubular conduits can constitute the bases common to several nozzles of the same type; so we can predict p. ex. 3 nozzles (20), 3 nozzles (21) and 6 nozzles (22).
  • Fig. 2 shows the cap (2) which is provided with a neck (3).
  • This neck is intended to serve as a support for the central tube which will convey the solid material. It can be connected to the cap or be an integral part.
  • the cap has the perforations (10c, 20c, 21c and 22c) which correspond to the nozzles (10, 20, 21, and 22) of the block according to FIG 1. These perforations can also be made after assembly.
  • FIG. 3 where it is shown the entire lance head.
  • the tube (4) connected to the neck (3) of the cap (2); this tube (4) can convey carbon suspended in an appropriate carrier gas.
  • the different end pieces which are arranged on the upper surface of the block (1) are connected to concentric tubes (5a, 6a, 7a, and 8a).
  • the passage between the tube (5a) resp. the end piece (5) and the tube (4) can be used according to the invention as input corrugation for a cooling and protective fluid.
  • the passage between the tubes (5a and 6a) resp. (6a and 7a) resp. (7a and 8a) lead to the nozzles (20) rep. (21) resp. (22).
  • the device according to the invention can, thanks to its particular design, be manufactured according to conventional and relatively inexpensive methods.
  • the block (1) lends itself to manufacture by mold casting; the perforations can easily be obtained by drilling.
  • the formation of the lower ends can be provided in the arrangement of the mold, as well as that of the nozzles.
  • the upper, concentric ends they can be obtained by turning and milling.
  • the block (1) is usefully made of copper, just like the cap (2).
  • the block and the cap can also form a monolithic unit, relatively easy to produce by casting in a mold. Either we prefer this form of execution or the execution where the block and the cap form individual parts, it is easy to recover the block part in case of damage to the cap part.
  • the tube (4) can be connected to the neck (3) by screwing or by any other sealed assembly means; one can usefully provide an O-ring not shown, between the top of the neck (3) and the adjacent part of the tube (4).
  • the lance protection / cooling circuit is a closed circuit which comprises between the inlet duct in the lance and the outlet duct, outside the lance body, a pump, a heat exchanger heat, a buffer tank as well as means for continuously measuring the pressure and inlet-outlet flow rates of the fluid conveyed in said circuit.
  • the dying instruments are connected to an alert system so that a loss of pressure, or a difference between the input-output flow rates indicative of any deterioration in the circuit, can be directly signaled for intervention. adequate.

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Description

  • 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, tel qu'exposé dans le préambule de la revendication principale.
  • L'approvisionnement du bain métallique en oxygène doit comporter d'une part une quantité d'oxygène, 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 et de l'approvisionnment 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 la surface, étant ultimement destinée à faire fondre dans le bain des quantités importantes de mitrailles solides.
  • D'après le brevet FR-A-1 595 196 on connaît des têtes de lance de soufflage, dotées de plusieurs tuyères, obtenues par assemblage de tubes, buses, tôles et autres pièces métalliques. Le brevet LU-A-78 906 décrit un tête de lance, munie d'une tuyère centrale, dont l'axe est confondu avec l'axe de la lance, entourée de deux séris de tuyères plus ou moins inclinées par rapport à la tuyére centrale.
  • 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. 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 de contexte il faut souligner que les matières carbonées qui sont véhiculées à travers le dispositif, présentent un pourvoir abrasif prononcé.
  • Il faut également prévoir dans le dispositif un ciruit 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.
  • Enfin le dispositif, aussi complexes que soient ses fonctions, devrait être accessible à un mode de fabrication simple et du moins relativement bon marché.
  • Un dispositif qui répond aux critères énoncés ci-devant est décrit dans la partie caractérisante de la revendication principale. Des variantes d'exécution préférentielles sont mentionnées dans le sous- revendications.
  • Le bloc et la calotte sont munis d'une perforation centrale, la diamètre de la perforation un bloc étant supérieur à celui de la calotte. C'est dans ces orifices que l'on loge 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 ledit 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 noncompatible avec d'autres matières qui snt 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.
  • 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 disposées de manière à délimiter des passages annulaires dans lesquels aboutissent les tuyères, si bien qu'il suffit de raccorder les embout à des tubes concentriques pour obtenir un dispositif présentant pluieurs circuits indépendants les uns des autres.
  • Il est bien entendu que la calotte est également raccordée à un tube qui forme l'enveloppe du corps de la lance.
  • Le principal avantage du dispositif suivant l'invention réside dans le fait qu'il offre le 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.
  • Un autre avantage réside dans la simplicité des oyens 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.
  • L'invention sera mieux comprise par la description des dessins qui montrent de manière non-limitative une forme d'exécution possible du dispotif suivant l'invention et où la fig. 1 représente une coupe à travers le bloc monolithique de la tète de lance, tandis que la fig. 2 montre une coupe à travers la colette, extérieure et la fig. 3 représente l'ensemble de la tête de lance où de bloc se trouve inséré dans la calotte.
  • 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 tuyéres (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) oblique amènent l'oxygène de postcombustion qui ne doit pas pénétrer dans le bain.
  • La fig. 1 montre que le loc (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 mme 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 tuyéres (22).
  • On remarque que les faces latérales resp. inférieures du bloc (1) présentent des embouts (20b, 21 b et 22b) qui prolongent les tuyères (20, 21 et 22).
  • La fig. 2 montre le 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 fair partie intégrante.
  • On peut constater que la calotte présente les perforations (10c, 20c, 21c et 22c) qui correspondant aux tuyères (10, 20, 21, et 22) du bloc selon la fig 1. Ces perforations peuvent également être réalisées après l'assemblage.
  • 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.
  • Le principal avantage de l'invention apparaît 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 ducarbone suspendu dans un gaz porteur approprié. Les différents embouts qui sont agencés à la surface supérieure du bloc (1), sont raccordés à des tube 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 onduit d'entrée pour un fluide de refroidissement et de protection. Les passage entre les tubes (5a et 6a) resp. (6a et 7a) resp. (7a et 8a) conduisent vers les tuyères (20) rep. (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 conduit 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).
  • 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).
  • Dans ce context 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.
  • 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, ente le sommet du col (3) et la partie adjacente du tube (4).
  • Suivant une forme d'exécution préférée du dispositif selon l'invention on peut prévoir un certain nombre de tuyères, présentant les diamètres resp. le 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°; jet dur d'oxygène
    • 3 Tuyères 21: 25 mm; 30-45°; jet mous d'oxygène
    • 6 Tuyères 22: 20 mm; 60-90°; jet mous d'oxygène
  • Comme on le constate, il existe de nombreuses possibilités;, on peut même prévoir des tuyères dont l'angle d'inclination est supérieur à 90° (p. ex. 120°).
  • 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'extèrieur 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 instrument de meure 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.

Claims (7)

1. Lance de soufflage 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, laquelle lance comporte une tête présentant les embouchures de plusieurs tuyères (20, 21, 22) ainsie que des tubes concentirques (5a, 6a, 7a, 8a, 9) pour guider des matières gazeuses, solides et un fluide de refroidissement jusqu'à la tête, caractérisée en ce que la tête est constituée par un bloc (1) monolithique définissant une perforation centrale (10), des tuyères (20, 21, 22) ainsi que des embouts (20b, 21b, 22b) dans le prolongement des tuyères, logé dans une calotte (2) comportant des perforations (20c, 21c, 22c) qui correspondent aux embouchures des tuyères, que le bloc (1) et la calotte (2) sont espacés l'un de l'autre par l'intermédiaire des embouts (20b, 21 b, 22b), qu'un tube (4), situé dans la perforation (10) centrale, est raccordé aux bords d'un orifice (10c) pratiqué dans la calotte (2) et que l'escapacement entre le bloc (1) et la calotte (2) resp. entre le bloc (1) et le tube (4) constitue le passage d'une fluide de refroidissement.
2. Lance suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc (1) comporte à sa face supérieure des embouts (5, 6, 7, 8) concentriques à l'axe de la lance qui sont raccordés aux tubes (5a, 6a, 7a, 8a) concentriques.
3. Lance suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la calotte (2) est raccordée au tube (9) formant l'enveloppe du corps de la lance.
4. Lance suivant une des revendications 1-3, caractérisée en ce que le tube (4) est concentrique à l'axe de la lance, tandis que les tuyères (20, 21, 22) sont inclinées, de préférence de 10-15°, resp. de 30-45°, resp. de 60-120° par rapport à l'axe de la lance.
5. Lance suivant une des revendications 1-4, caractérisée en ce ue les embouts (5, 6, 7, 8) concentriques, situés à la face supérieure du bloc (1), délimitent des espaces annulaires, chaque espace communiquant avec des tuyères (20, 21, 22) ayant même inclinaison par rapport à l'axe de la lance.
6. Lance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube (4) qui traverse la perforation (10) centrale du bloc (1) est raccordé à la calotte (2) à l'aide d'un col (3).
7. Lance selon la revendication 6, caractérisée en ce que le col (3) fait partie intégrante de la calotte (2).
EP83630174A 1982-10-22 1983-10-20 Dispositif pour fournir des matières gazeuses et solides à un bain de métal en voie d'affinage Expired EP0109916B1 (fr)

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LU84433A LU84433A1 (fr) 1982-10-22 1982-10-22 Dispositif pour fournir des matieres gazeuses et solides a un bain de metal en voie d'affinage

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EP0109916A1 EP0109916A1 (fr) 1984-05-30
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EP (1) EP0109916B1 (fr)
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