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Tuyère de soufflage pour l'affinage de métaux .
La présente invention concerne une tuyère de soufflage pour l'affinage de métaux par introduction de l'agent d'affinage par le haut sous la surface d'un bain métallique ou par soufflage de l'agent d'affinage sur la surface d'un bain métallique.
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Il a déjà été proposé de disposer, autour d'une telle tuyère, une enveloppe à circulation d'un agent de refroidissement qui est divisée, par une paroi calorifuge, s'étendant jusque tout près de l'embouchure de la tuyère, en deux chambres annulaires concentriques, l'agent de refroidissement pénétrant de préférence dans la chambre annulaire intérieure et sortant de la chambre annulaire extérieure. On obtient de cette manière que l'eau de refroidissement réchauffée, revenant de l'orifice de la tuyère, n'augmente pas la température de l'eau entrante.
Cette tuyère présente, il est vrai, l'avantage d'une grande durée d'utilisation. Toutefois sa construction implique, étant donné qu'on ne dispose que d'une partie relativement faible de son volume total, sous forme du tube axial d'amené de l'agent d'affinage, pour l'amenée de l'agent d'affinage, . que, pour les pressions modérées habituellement employées, on ne peut souffler que des quantités relativement faibles d'agent d'affinage par unité de temps à partir de la tuyère.
Les durées d'affinage sont par suite longues de façon correspondante. La réunion, en un faisceau, de plusieurs tuyères de ce genre à refroidissement par eau, n'est également techniquement et pratiquement pas applicable,car, en dehors de la difficulté de la manipulation d'un corps informe et volumineux de ce genre, il en résulterait une consommation élevée, économiquement inadmissible, en agent de refroidissement.
Si l'on voulait souffler, par unité de temps, des quantités plus grandes d'agent d'affinage, en soufflant l'agent d'affinage sous.une pression élevée à travers la tuyère, il faudrait, pour la compression de
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l'agent d'1..Ll,.t4JV, des SA'.)fXli':i ék pS j ka,4Ja!:li; lâ ; ,;Xl én,#t::io et en appareils, qui augmentent notablement les frais de réalisation du procédé, et il existe le danger qu'une partie de l'oxygène ne soit pas absorbée par le métal fondu, de sorte que L'utilisation de l'agent d'affinage est incomplète.
La présente invention a principalement pour but de résoudra le problème, en évitant les inconvénients mentionnés, consistant à construire une tuyère, à refroidissement par un liquide, qui se caractérise par une consommation économique d'eau de refroidissement et qui permette, sans être détruite, de souffler, par unité de temps, des quantités si grandes de l'agent d' affinage, que, pour les durées d'affinage qui en résultent, les pertes de chaleur du bain de fusion par rayonnement sont relativement petites.
Un problème additionnel de l'invention consiste à amener les quantités d'agent d'affinage en contact avec le bain de fusion d'une manière telle que les matières prenant part à la réaction soient ameneés en contact aussi intime que possible entre elles et qu'il en résulte une utilisation complète de l'agent d'affinage sans pertes excessives en métal. La tuyère doit, avec une construction aussi simple et robuste que possible, ne posséder qu'une petite section transversale totale, la section transversale servant à l'amenée de l'agent d'affinage étant aussi grande que possible comparativement à la section transversale de la chambre à circulation d'eau de refroidissement.
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Le problème posé est résolu, conformément à l'invention, en premier lieu par le fait que la tuyère comprend une pièce d'embouchure munie d'un grand nombre d'ouvertures de sortie pour l'agent d'affinage, que la conduite d'amenée pour l'agent d'affinage à l'embouchure de la tuyère divise l'espace intérieur de la tuyère en une chambre axiale pour l'amenée d'un agent de refroidissement à l'embouchure de la tuyère et en une chambre annulaire extérieure pour le retour de l'agent de refroidissement à partir de l'embouchure de la tuyère, et que la conduite d'amenée de l'agent d'affinage comprend, au voisinage de l'embouchure de la tuyère, des ouvertures pour le passage de l'agent de refroidissement à partir de la chambre intérieure, servant de conduite d'amenée de l'agent de refroidissement, à la annulaire chambre/extérieure,
servant de conduite de retour pour l'agent de refroidissement. 'On peut, de cette manière, avec une consommation économique de l'agent de refroidissement et avec une section transversale totale relativement petite de la tuyère, en raison d'un mode de construction simple et peu encombrant, insuffler dans le bain, par unité de temps, de grandes quantités surprenantes de l'agent d' affinage.
Des caractéristiques additionnelles de l'invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation de la tuyère de soufflage selon l'invention, donnée ci-après, en référence au dessin ci-joint, qui montre une tuyère de soufflage pour l'introduction de l'agent d'affinage sous la surface d'un bain métallique;
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lia fig. 1 représente la tuydro de iiOij'J: fnj uu vu<; en coupe longitudinale, avec la tête de la tuyère partielle- ment en élévation et partiellement en coupe longitudinale, La fig. 2 est une vue en élévation de la tête de la tuyère de soufflage, en regardant dans la direction de la flèche II sur la fig. 1 ;
La fig. 3 est une vue en coupe transversale de la tuyère de soufflage suivant la ligne III - III sur la fig. 1 ; et La fig. 4 est une vue en coupe transversale de la tuyère de soufflage suivant la ligne IV - IV sur la fig.-1.
La tuyère de soufflage consiste essentiellement en deux corps tubulaires 1 et 2, engagés concentriquement l'un à l'intérieur de l'autre. Le corps tubulaire 1, constituant l'enveloppe de la tuyère, est fermé de façon étanche, à la tête/de la tuyère, par un distributeur tubulaire 4 et comporte latéralement une tubulure de sortie 5 pour l'eau de refroidissement. Dans l'extrémité inférieure de l'enve- loppe 1 est rapportée une plaque 6.
Le corps tubulaire 2 consiste en deux tubes 7 et 8, engagés l'un à l'intérieur de l'autre, à un certain écartement, et constitue la conduite pour l'amenée de l'agent.d'affinage à l'embouchure de la tuyère. L'espace intérieur de la tuyère est divisé par le corps tubulaire 2 en une chambre axiale 3, pour l'amenée de l'agent de refroidissement à l'embouchure
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de la tuyère, et en une chambre angulaire extérleure 19, pour le retour de l'agent de fefroidissemetn à partir de l'embouchure de la tuyère. Le tube 7 débouche à la tête de la tuyère dans le distributeur 4, tandis que le tube 8 passe à travers le distributeur 4 et constituée la conduite d'amenée d'eau de refroidissement.
La conduite à agent d'affinage, formée par les tubes 7 et 8, s'étend vers le bas jusque près de 1'embouchure de la tuyère et s'élargit dans sa partie d'extrémité inférieure, où le tube 7 se raccorde à un tube 17 de section transversale plus grsnde, de manière qu'il est formé une cnambre distributrice 9.
Immédiatement au-dessus de la plaque 6, le tube annulaire 17, 8 est interrompu par des canaux radiaux 10, qui sont fermés vers le haut et latéralement par des cloisons 11,12, respectivement, par rapport au tube annulaire 17,8. Entre les canaux 10, la chambre distributrice 9 se prolonge jusqu'à la plaque 6, qui comporte en cet endroit un grand nombre d'ouvertures 13. Le tube 7 est muni, sur sa face extérieure, de nervures de guidage 14, qui assurent la position concentrique du corps tubulaire 2 dans l'enveloppe 1. Dans le tube annulaire formé par les tubes 7 et 8, est rapportée une couronne de tubes, consistant en tubes 15 étroitement juxtaposés, qui débouche en haut dans le distributeur 4 et en bas dans la chambre distributrice 9.
L'agent d'affinage est amené au distributeur 4 par le tube 18 et les tubes 16 et est amené à l'embouchure de la tuyère par la couronne de tubes 15 et la chambre distributrice 9. par le grand nombre des petites ouvertures 13, ménagées dans la plaque 6, l'agent d'affinage est introduit,comme par une
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crépine, en nombreux courants ;r,2'tat,l.'< 1-"1" i . : Il Il J, métallique.
On obtient de ceto Jtlardùl'o <in,; 1.;1.', ndl:} :ar 1':ce de réaction entre l'agent d;affinage, sortant de le tuyère, et le métal fondu et on évite la formation d'une zone continue de réaction, ainsi qu'un surc@anffage local du bain. un obtient en outre, en raison de la grande sur@ace de réaction, une très bonne évacuation de la chaleur, produite par l'affinage, sur le reste du bain etune attaque thermique réduite de la tuyère, et l'agent d'affinage est amené en un contact particulièrement intime avec le métal fondu, est rapidement absorbé par celui-ci et est complètement utilisé en un temps très court.
La couronne de tubes 15 peut toutefois également être supprimée, et le tube annulaire, formé par les tubes 7 et 8, peut être employé comme conduite d'amenée de l'agent d'affinage. Jais on peut également supprimer les parties, situées entre le distributeur 4 et la chambre distribu- trice 9, des tubes 7 et 8 et former la couronne des tubes 15, constituant la conduite d'amenée de l'agent d'affinage, par des tubes étroitement juxtaposés l'un à l'autre.
L'agent de refroidissement, de préférence de l'eau, est amené par le tube 8 jusqu'à l'embouchure de la tuyère, percourt les canaux 10 et la chambre annulaire 19, située ectre l'enveloppe 1 et le corps tubulaire 2, et sort à nouveau de la tuyère par la tubulure 5.
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La disposition de l'amenée d'eau de refroidissement suivant l'axe de la tuyère, c'est-à-dire à l'interieur du corps tubulaire 2, construit cornue conduite d'amenée de l'agent d'affinage, permet d'employer l'agent d'affinage, s'écoulant à travers la tuyère, aussi bien comme calorifuge pour l'agent de refroidissement, amené par le tube 8, que pour le refroidissement de l'agent de refroidissement évacué par la chambre annulaire 19. n raison de la mauvaise conductibilité thermique des gaz, l'agent de refroidissement froid amené est isolé de l'agent de refroidissement chaud évacué et parvient, pratiquement sans accroissement de température, à l'embouchure de la tuyère, où se produisent les températures les plus élevées, de sorte qu'on obtient l'effet de refroidissement le meilleur possible à l'embouchure de la tuyère.
L'emploi d'une cloison particulière en matières calorifuges devient par suite 'superflu.
La chaleur, absorbée par l'agent d'affinage à partir de l'agent de refroidissement chaud, s'écoulant dans la chambre annulaire 19, est ramenée dans le métal fondu et est par suite, d'une part, à nouveau utilisée dans le bain métallique et, d'autre part, l'agent de refroidissement est ainsi lui-même refroidi. Cet échange de chaleur peut être activé par le fait que la chambre 20, entre la couronne de tubes 15 et le tube 7, est remplie d'une matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple de cuivre.
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L'action de refroidissement, à l'embouchale .le la tayère, est accrue par le fait que l'agent de refroidissement, sur son trajet à partir du tube 8 à travers les canaux 10 dans la chambre annulaire 19, est fortement dévié et est ainsi animé d'un mouvement tourbillonnaire. De même, pour attinde une bonne action de refroidissement, la paroi intérieure de l'enveloppe 1 est rendue rugueuse, pour éviter un écoulement laminaire de l'agent de refroidissement. Un écoulement turbulent de l'agent de refroidissement peut également être atteint par le fait que la paroi interne de l'enveloppe 1 est ondulée en direction longitudinale, comme représenté dans la partie inférieure de la fig. 1 .
La surface, cédant de la chaleur, de l'enveloppe 1 est ainsi avantageusement accrue. L'ondulation ne doit toute- fois pas être si forte qu'il se formé des angles morts, à partir desquels l'agent de refroidissement réchauffé ne serait pas entraîné.
Pour protéger la partie de l'enveloppe 1 de la tuyère qui est immergée dans le bain, en particulier de la tuyère située au voisinage de l'embouchure de celle-ci, contre des attaques de corrosion par le bain de fusion et par les produits de la combustion engendrés au cours de l'affinage, la surface de 1%enveloppe 1 de la tuyère, qui vient en contact avec le bain de fusion, est munie de bourrelets 21, qui présentent de préférence des rainures.
Lorsqu'on immerge la tuyère dans le bain et qu'on la retire de celui-ci, il reste, adhérant aux bounelets, de la scorie qui forme une couche protectrice sur l'enveloppe de la tuyère. Le maintien d'une couche solidifiée de scorie sur @
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la partie de la tuyère immergée dans le bain est produit par la forte action de refroidissement de la surface de l'enveloppe, accrue par les bourrelets et les rainures.
La tuyère de soufflage selon l'invention peut par suite, sans être détruite, être immergée à une profondeur relative- ment grande dans le bain. L'emploi d'une profondeur d'immersion suffisante et la présence d'une grande surface de réaction ont, à leur tour, pour résultat que l'oxyde ferreux, produit par l'affinage, trouve suffisamment l'occasion, dans son trajet vers la surface du bain, de céder, dans le bain de fusion, son oxygène aux éléments d'accompagnement du fer (Si, C, P, etc..). On obtient ainsi, avec cette tuyère, des scories à faible teneur en fer, c'est-à-dire une extraction satisfaisante de fer.
En outre, on obtient, relativement à tous les appareils connus jusqu'ici, employés pour le soufflage sur et dans le bain métallique, une formation considérable- ment réduite d'oxyde ferrique vaporisé sous forme des fumées brunes connues, ce qui doit être attribué à l'obtention de profondeurs relativement grandes d'immersion de la tuyère et à la suppression d'une zone de réaction surchauffée. Comme on peut, avec cette tuyère, introduire, avec une consommation économique d'agent de refroidissement et avec une petite section transversale totale de la tuyère, des quantités étonnament grandes d'oxygène par unité de temps dans le bain de fusion, on atteint des vitesses d'affinage très élevées, de sorte que le bilan thermique d'opérations d'affinage'de ce genre est extrême-
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Blow nozzle for metal refining.
The present invention relates to a blowing nozzle for refining metals by introducing the refining agent from above below the surface of a metal bath or by blowing the refining agent onto the surface of a metal bath. metal bath.
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It has already been proposed to arrange, around such a nozzle, a casing for circulation of a cooling agent which is divided, by a heat-insulating wall, extending right up to the mouth of the nozzle, in two. Concentric annular chambers, the coolant preferably entering the inner annular chamber and exiting the outer annular chamber. In this way, the reheated cooling water returning from the nozzle orifice does not increase the temperature of the incoming water.
This nozzle has, it is true, the advantage of a long duration of use. However, its construction implies, since only a relatively small part of its total volume is available, in the form of the axial feed tube for the refining agent, for the supply of the refining agent. refining,. that, for the moderate pressures usually employed, only relatively small amounts of refining agent per unit time can be blown from the nozzle.
The ripening times are therefore correspondingly long. The combination, in a bundle, of several nozzles of this kind with water cooling, is also technically and practically not applicable, because, apart from the difficulty of the manipulation of a shapeless and bulky body of this kind, it The result would be a high, economically unacceptable consumption of coolant.
If one wanted to blow, per unit of time, larger quantities of refining agent, by blowing the refining agent under high pressure through the nozzle, it would be necessary, for the compression of
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the agent of 1..Ll, .t4JV, of SA '.) fXli': i ék pS j ka, 4Ja!: li; the ; ,; Xl en, # t :: io and apparatus, which significantly increase the costs of carrying out the process, and there is the danger that part of the oxygen is not absorbed by the molten metal, so that L The use of the refining agent is incomplete.
The main object of the present invention is to solve the problem, avoiding the mentioned drawbacks, of constructing a nozzle, with liquid cooling, which is characterized by an economical consumption of cooling water and which allows, without being destroyed, of blowing, per unit time, such large quantities of the refining agent that, for the resulting refining times, the heat losses from the molten bath by radiation are relatively small.
An additional problem of the invention is to bring the amounts of refining agent into contact with the molten bath in such a way that the materials taking part in the reaction are brought into as intimate contact as possible with each other and that This results in full utilization of the refining agent without excessive loss of metal. The nozzle should, with a construction as simple and robust as possible, have only a small total cross section, the cross section used for the supply of the refining agent being as large as possible compared to the cross section of the cooling water circulation chamber.
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The problem posed is solved, in accordance with the invention, first of all by the fact that the nozzle comprises a mouthpiece provided with a large number of outlet openings for the refining agent, which the pipe d 'supplied for the refining agent to the mouth of the nozzle divides the interior space of the nozzle into an axial chamber for supplying a coolant to the mouth of the nozzle and into an annular chamber outside for the return of the cooling agent from the mouth of the nozzle, and that the supply pipe for the refining agent comprises, in the vicinity of the mouth of the nozzle, openings for the passage of the coolant from the inner chamber, serving as a supply line for the coolant, to the annulus / outer chamber,
serving as a return line for the coolant. 'In this way, with an economical consumption of the cooling medium and with a relatively small total cross-section of the nozzle, due to a simple and space-saving construction method, it is possible to blow into the bath, per unit time, surprisingly large amounts of the refining agent.
Additional characteristics of the invention will emerge from the description of an exemplary embodiment of the blowing nozzle according to the invention, given below, with reference to the attached drawing, which shows a blowing nozzle for the introduction. refining agent under the surface of a metal bath;
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lia fig. 1 represents the tuydro of iiOij'J: fnj uu vu <; in longitudinal section, with the head of the nozzle partly in elevation and partly in longitudinal section, FIG. 2 is an elevational view of the head of the blowing nozzle, looking in the direction of arrow II in FIG. 1;
Fig. 3 is a cross-sectional view of the blowing nozzle along the line III - III in FIG. 1; and FIG. 4 is a cross-sectional view of the blowing nozzle along the line IV - IV in fig.-1.
The blowing nozzle essentially consists of two tubular bodies 1 and 2, engaged concentrically one inside the other. The tubular body 1, constituting the casing of the nozzle, is sealed at the head / nozzle by a tubular distributor 4 and laterally comprises an outlet pipe 5 for the cooling water. In the lower end of the casing 1 is attached a plate 6.
The tubular body 2 consists of two tubes 7 and 8, engaged one inside the other, at a certain spacing, and constitutes the conduit for the supply of the refining agent to the mouth. of the nozzle. The interior space of the nozzle is divided by the tubular body 2 into an axial chamber 3, for supplying the cooling medium to the mouth.
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of the nozzle, and in an external angular chamber 19, for the return of the coolant from the mouth of the nozzle. The tube 7 opens at the head of the nozzle into the distributor 4, while the tube 8 passes through the distributor 4 and constitutes the cooling water supply pipe.
The refining agent line, formed by tubes 7 and 8, extends downward to near the mouth of the nozzle and widens in its lower end portion, where tube 7 connects to the nozzle. a tube 17 of larger cross section, so that a distributor cnambre 9 is formed.
Immediately above the plate 6, the annular tube 17, 8 is interrupted by radial channels 10, which are closed upwards and laterally by partitions 11,12, respectively, relative to the annular tube 17,8. Between the channels 10, the distribution chamber 9 extends to the plate 6, which has a large number of openings in this location 13. The tube 7 is provided, on its outer face, with guide ribs 14, which provide the concentric position of the tubular body 2 in the casing 1. In the annular tube formed by the tubes 7 and 8, there is attached a ring of tubes, consisting of tubes 15 closely juxtaposed, which opens at the top into the distributor 4 and at the bottom in the dispensing chamber 9.
The refining agent is brought to the distributor 4 through the tube 18 and the tubes 16 and is brought to the mouth of the nozzle by the ring of tubes 15 and the distributor chamber 9 through the large number of small openings 13, formed in the plate 6, the refining agent is introduced, as by a
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strainer, in many currents; r, 2'tat, l. '<1- "1" i. : He He J, metallic.
From this we obtain Jtlardùl'o <in ,; 1.; 1. ', Ndl:}: ar 1': reaction between the refining agent, leaving the nozzle, and the molten metal and the formation of a continuous reaction zone is avoided, as well as 'a local addition to the bath. A further obtains, due to the large reaction overload, a very good heat dissipation, produced by the refining, on the rest of the bath and a reduced thermal attack of the nozzle, and the refining agent is brought into particularly intimate contact with the molten metal, is rapidly absorbed by it and is completely used up in a very short time.
The ring of tubes 15 can however also be omitted, and the annular tube, formed by the tubes 7 and 8, can be used as a supply line for the refining agent. Jet it is also possible to omit the parts, located between the distributor 4 and the distributor chamber 9, of the tubes 7 and 8 and to form the crown of the tubes 15, constituting the supply pipe for the refining agent, by means of tubes closely juxtaposed to each other.
The cooling agent, preferably water, is brought through the tube 8 to the mouth of the nozzle, pierces the channels 10 and the annular chamber 19, located ectre the casing 1 and the tubular body 2 , and comes out of the nozzle again through pipe 5.
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The arrangement of the cooling water supply along the axis of the nozzle, that is to say inside the tubular body 2, constructed as a retort pipe for supplying the refining agent, allows to use the refining agent, flowing through the nozzle, both as heat insulator for the cooling medium, supplied through the tube 8, and for cooling the cooling medium discharged through the annular chamber 19. Due to the poor thermal conductivity of the gases, the cold coolant supplied is isolated from the hot coolant discharged and reaches, with practically no increase in temperature, the mouth of the nozzle, where the discharges occur. highest temperatures, so that the best possible cooling effect is obtained at the nozzle mouth.
The use of a particular partition made of heat-insulating materials therefore becomes superfluous.
The heat, absorbed by the refining agent from the hot cooling agent, flowing in the annular chamber 19, is returned to the molten metal and is therefore, on the one hand, again used in the metal bath and, on the other hand, the cooling medium itself is thus cooled. This heat exchange can be activated by the fact that the chamber 20, between the ring of tubes 15 and the tube 7, is filled with a material which is a good conductor of heat, for example copper.
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The cooling action, at the plugging of the tapestry, is increased by the fact that the cooling medium, on its path from the tube 8 through the channels 10 in the annular chamber 19, is strongly deflected and is thus animated by a whirlwind movement. Likewise, to attinde a good cooling action, the inner wall of the casing 1 is roughened, to avoid laminar flow of the cooling medium. Turbulent flow of the coolant can also be achieved by the fact that the inner wall of the casing 1 is corrugated in the longitudinal direction, as shown in the lower part of FIG. 1.
The surface, giving off heat, of the casing 1 is thus advantageously increased. The ripple, however, should not be so strong that blind spots form, from which the heated coolant is not entrained.
To protect the part of the casing 1 of the nozzle which is immersed in the bath, in particular of the nozzle located in the vicinity of the mouth of the latter, against corrosion attacks by the molten bath and by the products of the combustion generated during the refining, the surface of 1% shell 1 of the nozzle, which comes into contact with the molten bath, is provided with beads 21, which preferably have grooves.
When the nozzle is immersed in the bath and when it is withdrawn therefrom, there remains, adhering to the bounelets, slag which forms a protective layer on the shell of the nozzle. Maintaining a solidified layer of slag on @
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the part of the nozzle immersed in the bath is produced by the strong cooling action of the surface of the casing, increased by the beads and the grooves.
The blowing nozzle according to the invention can therefore, without being destroyed, be immersed to a relatively great depth in the bath. The use of a sufficient depth of immersion and the presence of a large reaction surface, in turn, results in the ferrous oxide, produced by refining, finding sufficient opportunity in its path. towards the surface of the bath, to yield, in the molten bath, its oxygen to the elements accompanying the iron (Si, C, P, etc.). Slag with a low iron content is thus obtained with this nozzle, that is to say a satisfactory extraction of iron.
In addition, compared with all the apparatuses known hitherto employed for blowing onto and into the metal bath, a considerably reduced formation of vaporized ferric oxide in the form of the known brown fumes is obtained, which must be attributed to to obtaining relatively great depths of immersion of the nozzle and to the elimination of a superheated reaction zone. Since it is possible, with this nozzle, to introduce, with an economical consumption of coolant and with a small total cross-section of the nozzle, surprisingly large quantities of oxygen per unit time in the molten bath, one achieves very high refining speeds, so that the heat balance of refining operations of this kind is extreme.