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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-