LU85363A1 - Dispositif d'adaptation pour tuyere d'acceleration de particules solides - Google Patents

Dispositif d'adaptation pour tuyere d'acceleration de particules solides Download PDF

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Description

Γ f
Dispositif d'adaptation pour tuyère d'accélération de particules . solides__
La présente invention concerne un dispositif d'adaptation pour tuy- 5 ère d'accélération de particules solides à l'aide d'un gaz porteur. De telles tuyères servent en particulier à introduire de la matière carbonifère pulvérulente dans un bain d'acier.
Le taux de mitrailles ou autres ajoutes refroidissantes qu'on arrive 10 à incorporer à Ίη métal en voie d'affinage dépend principalement de la composition de la fonte, de la température de la charge et du dé-. roulement thermodynamique de l'opération d'affinage. Pour réduire le prix de revient de l'acier, il est impératif de dépasser les taux d'ajoutes actuels de quelque 400 kg de mitraille par tonne de fonte. 15 Une des méthodes connues consiste à augmenter le taux de postcombustion du CO se dégageant du bain, tout en veillant à ce que le bain - absorbe un maximum de la chaleur libérée. Une autre méthode consiste à chauffer le bain métallique en utilisant des sources d'énergie " supplémentaires. Des techniques d'addition de gaz et de combustible 20 liquide sont mises en oeuvre avec des succès variés. Pareillement des techniques d'addition de matière combustible sous forme de granules de matière carbonée ont été développées. L'incorporation de matières solides dans le bain peut se faire par le bas, à travers des tuyères ou des éléments perméables logés dans le fond du conver-25 tisseur, ou par le haut conjointement avec des matières gazeuses. Or, pour avoir dans ce derniers cas une absorption convenable de la matière carbonée par le bain, il faut que celui-ci présente non seulement des concentrations en oxygène et en carbone bien déterminées, mais il faut en plus que la matière carbonée ait une énergie - 2 - r cinétique suffisante à la sortie de la lance pour pénétrer dans le bain. Cette énergie cinétique élevée est également requise pour éviter une combustion prématurée de la matière carbonée au-dessus du bain.
« 5
Dans la demande de brevet EP 84630036 la demanderesse a décrit un dispositif d’accélération de particules solides en suspension dans un gaz, comportant une source de gaz sous pression, des moyens de dosage du gaz et des particules solides et des conduits d'amenée du 10 mélange gaz/particules solides débouchant sur une lance. Le dispositif offre la particularité que les conduits d'amenée ou la lance , présentant des parties sur lesquelles la section varie de façon spé cifique; il faut en effet éviter que la vitesse du gaz n'augmente brusquement sur les derniers mètres du conduit étant donné que cette 15 vitesse ne peut plus être transmise aux particules solides. En choisissant des conduits qui s'évasent sur les derniers mitres devant l'embouchure, il a été possible d'obtenir des vitesses de particules de quelque 190 m/s à l'embouchure, la vitesse du gaz étant à cet endroit légèrement inférieure à la vitesse sonique.
20
Bien que le dispositif mène à des résultats excellents d'un point de vue vitesse des particules solides, on soupçonnait néanmoins que la profondeur de pénétration des particules solides dans le bain était faible. Des calculs théoriques montrent que la profondeur de péné- 25 tration L d'un jet de particules dans un bain de liquide vaut (pour des angles de divergence A faibles!): % * vc 1/3
_ + L03 -L0 (D
30 20 jp . g .Çac. tg2 A/2 _ ,_
Qc « débit particules (kg/min) - L - hauteur de la lance au dessus du bain (m) vc = vitesse particules (m/s)
O
35 £ ac “ densité acier (kg/m ) A *> angle de divergence du jet (degrés) - 3 - r *
Des essais à blanc dans l'atmosphère ont montré que l'angle A est compris entre 4° et 7°, d'où l'on peut calculer à l'aide de l'équation (1) une profondeur de pénétration L allant de 15 à 50 cm. (avec Qc = 300 kg/min, vc = 150 m/s, LQ = 1,5 m).
5
En réalité on est loin des conditions idéales qui ont mené à l'équation (1). Il faut en effet tenir compte du fait que lors de la récarburation: a) la tuyère verticale de soufflage du mélange de gaz/matières so-10 lides est entourée par plusieurs tuyères de soufflage d'oxygène primaire qui provoquent une augmentation de l'angle de divergence A du jet gaz/ matières solides. L'effet d'aspiration des jets d'oxygène entraîne en effet une dépressurisation de la région : centrale qu'ils entourent et dans laquelle se déplace le jet de 15 gaz/matières solides. Ce jet dont la pression statique à l'embouchure est de 1 bar subit par conséquent une expansion brusque causant un déplacement radial des particules.
b) le freinage du flux de gaz porteur par le bain liquide crée en 20 outre un contre-courant qui élargit la zone d'impact sur le bain.
Le gaz porteur n'entre pas dans le bain d'acier; il est fortement décéléré à la surface du bain, ce qui se traduit par une diminution de la pression dynamique et par une augmentation corrélative de la pression statique. Il s'établit un gradient de pression 25 dans la région comprise entre les jets d'oxygène et le jet central qui est générateur de contre-courants absorbés progressive-| . ment par les jets. Ces contre-courants renforcent l'action de cisaillement entre le jet central et l'atmosphère qui l'entoure.
i | 30 c) la différence entre la vitesse du gaz porteur (approx. 320 m/s) : et des particules (approx. 180 m/s) à la sortie de la tuyère crée i des micro-turbulences supplémentaires à l'intérieur du jet.
«
Il s'ensuit que l'angle de divergence A du jet de particules dans le 35 creuset doit être nettement supérieur à celui observé lors d'essais à blanc. On peut par conséquent admettre que la profondeur de pénétration L n’est en fait que de quelques centimètres.
r t - 4 -
La présente invention a comme but de proposer une tuyère qui limite les phénomènes décrits sous les points a et c ci-dessus et qui assure une profondeur de pénétration élevée des particules dans - le bain liquide.
5
Ce but est atteint selon l’invention par le fait que la tuyère d’accélération est prolongée par une pièce dont l’angle d'évasement est supérieur à celui de la tuyère d'accélération et est entourée par une deuxième tuyère formant enveloppe et reliée à une source de . 10 gaz. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les sous-revendications.
Les avantages de l'invention consistent dans l'obtention d'un jet de matière carbonée dont l'angle de divergence A est inférieur à 2° 15 (pour des essais à blanc). Sous ces conditions la profondeur de pénétration théorique est approximativement de 2 m. De plus, le jet de gaz supplémentaire empêche une combustion prématurée de la matière granulée au-dessus du bain métallique.
20 L’invention est exposée ci-après plus en détail à l’aide d'un dessin représentant seulement un mode d'exécution.
- La figure 1 représente de manière schématique une coupe à travers une partie d'une tête de lance réalisée conformément à la présente 25 invention.
Sur la figure on distingue la tuyère 1 reliée à une source de particules solides et de gaz, qui guide le jet de gaz porteur/matières solides 2. A l'embouchure 3 de la tuyère centrale 1, le gaz porteur 30 possède une vitesse VI supérieure à 300 m/s alors que la vitesse V2 des granules de matière solide est inférieure à 200 m/s. Une pièce conique tronquée 4, d'une longueur d'une vingtaine de centimètres et à angle d'évasement supérieur à celui de la tuyère 1 valant quelque 2°, est montée dans la prolongation de la tuyère centrale 1. La 35 différence de section des deux bases 3 et 5 de la pièce conique 4 est choisie telle que la vitesse du gaz porteur soit comparable a celle des particules solides à l'embouchure 5. Etant donné la faible r t - 5 - longueur de la pièce conique 4, la vitesse des particules solides varie peu.
Une tuyère 8 concentrique à la tuyère centrale 1 et formant enve-5 loppe présente vers son embouchure 9 des parois parallèles, de sorte à obtenir un flux de gaz 10 parallèle. Le gaz 10 jouant un rôle d'écran est de préférence identique au gaz porteur et possède, en passant entre les parois parallèles, une vitesse proche de celle du gaz porteur après le passage de celui-ci à travers la pièce conique 10 4. A l'approche de l'embouchure 9 de la tête de lance, le gaz por- * teur, le gaz-écran et les particules solides présentent par consé-. quent des vitesses sensiblement égales. Pour éviter que la pièce conique 4 ne soit, de par sa forme divergente, la source de turbulences dans le gaz 10, celle-ci est avantageusement prolongée par 15 une pièce cylindrique 6, dont la paroi s'amincit vers son embouchure 7.
Dans la variante d'exécution représentée, l'embouchure 7 du conduit, qui guide le mélange de gaz porteur/particules solides, est placée 20 en retrait de l'embouchure 9 de la tuyère 8 qui forme enveloppe.. Ceci permet de souffler lors de l'affinage et entre les phases de recarburation uniquement du gaz (ayant un rôle de refroidissement et de protection contre les éclaboussures de scories et de métal) à travers la tuyère 8; le gaz utilisé peut être neutre ou oxydant. 25 Lors des phases de recarburation, il est indiqué de choisir un gaz-écran neutre.
La lance comporte en outre plusieurs tuyères (non représentées) pour l’oxygène d’affinage, disposées à égale distance autour de la tuyère 30 centrale. A la sortie de la lance, les jets d'oxygène d'affinage sont inclinés de 5-20° par rapport à l'axe de la lance. L'effet d'aspiration des jets d'oxygène d'affinage et les ondes de cisaillement 11 qui en résultent perturbe principalement le flux de gaz-écran sans trop dévier le jet de gaz porteur/matières solides.

Claims (9)

1. Dispositif d'adaptation pour tuyère (1) d'accélération de particules solides, en particulier de matière carbonifère pulvéru- 5 lentedestinée à recarburer un bain d'acier, la dite tuyère étant reliée à une source de gaz et de particules solides, caractérisé en ce. que la tuyère (1) d'accélération est prolongée par une pièce (4) dont l'angle d'évasement est supérieur à celui de la tuyère d'accélération et en ce qu'elle est entourée par une 10 deuxième tuyère (8) formant enveloppe et reliée à une source de gaz.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère (8) formant enveloppe à ses parois parallèles vers son 15 embouchure (9).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce (4) dont l'angle d'évasement est supérieur à celui de la tuyère (1) d'accélération est un cône tronqué. 20
4. Dispositif selon une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la pièce (4) dont l'angle d'évasement est supérieur à celui de la tuyère (1) d'accélération a une longueur comprise entre.10 et 50 cm. 25 «
5. Dispositif selon une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce i que l'angle d'évasement vaut quelque 2°.
6. Dispositif selon une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce 30 que la pièce (4) dont l'angle d'évasement est supérieur à celui de la tuyère (1) d'accélération est prolongée par une pièce (6) en forme de tube ayant la paroi intérieure parallèle.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la 35 pièce (6) en forme de tube est un cylindre dont la paroi s'amincit vers son embouchure (7). i £ î i ! j · - 2 - j 'ï
8. Dispositif selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'embouchure (7) du conduit (1,4,6) qui guide les particules | solides est placée en retrait de l'embouchure (9) de la tuyère i | „ (8) formant enveloppe. i 5 t i
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la j tuyère (8) formant enveloppe peut être successivement reliée à i différentes sources de gaz neutre ou oxydant. A k j • «
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