"Tuyère de soufflage de gaz, sa fabrication et son utilisation" On affine un métal en fusion en soufflant un gaz par des tuyères installées au fond d'un convertisseur. On effectue cette opération dans un convertisseur à soufflage par le bas, dans un convertisseur à soufflage par le haut et par le bas ou encore par décarburation à l'argon/oxygène.
On installe la tuyère au fond ou sur la paroi du convertisseur et cette tuyère comprend une matière réfractaire installée au fond du convertisseur, plusieurs passages pratiqués dans cette matière réfractaire, une réserve de gaz formée dans la partie inférieure de la matière réfractaire afin de maintenir la quantité de gaz s'écoulant dans ces passages à une valeur constante, de même qu'une conduite à gaz. Le gaz est soufflé dans le convertisseur via la réserve précitée et également via chacun des passages s'étendant à partir de la conduite à gaz reliée à la source de gaz.
Lors du soufflage d'un gaz dans un convertisseur via une tuyère de la structure précitée selon la technique antérieure, le gaz attaque directement la matière réfractaire selon la relation existant entre eux et il a tendance à détériorer cette matière réfractaire (par exemple : briques réfractaires de
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celle-ci. Lorsque la matière réfractaire acquiert une faible épaisseur suite à cette détérioration ou aux pertes qu'elle subit par le métal en fusion,et si elle est directement atteinte à sa base, la tuyère se brise sous l'effet de la pression. En conséquence, étant donné que la durée de vie de la tuyère est extrêmement courte et que les problèmes énoncés ci-dessus se posent, la gamme de pressions du gaz ne peut être large.
Lorsque la matière réfractaire prévue pour le soufflage d'un gaz est installée au fond du réci- <EMI ID=2.1>
caractéristiques suivantes :
1) la granularité des grains des matières premières dont est constituée la matière réfractaire, est réglée, tandis que l'on obtient une matière réfractaire d'une structure poreuse en procédant à un façonnage et à une cuisson;
2) on mélange la matière qui doit être brûlée, de même que les matières premières réfractaires dont on a réglé la granularité, puis on façonne le mélange obtenu et on le soumet à une cuisson pour obtenir une matière réfractaire d'une structure poreuse ;
3) on enfouit de longues bandes étroites de papier ou de bois dans la masse de la matière réfractaire afin de former des trous s'étendant en ligne droite depuis la face d'usure entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à la face arrière, le papier ou le bois étant ensuite enlevé (voir, par exemple, demande de brevet japonais publiée mais non examinée
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Les méthodes classiques mentionnées ci-dessus posent les problèmes suivants :
A) dans les cas (1) et (2) ci-dessus, il est difficile d'amener le gaz à s'écouler dans une direction et les sens d'écoulement sont désordonnés. En conséquence, il est nécessaire d'étanchéifier, au moyen d'une matière réfractaire non poreuse ou d'une matière d'étanchéité, la face autre que celle par laquelle le gaz est projeté, de même que la face d'alimentation du gaz. Par ces procédés, on rend la matière réfractaire poreuse en réglant la granularité des grains de telle sorte que la quantité de gaz projeté est limitée et que l'on ne peut obtenir une importante perméabilité à l'air.
De plus, étant donné que les dimensions et les formes des trous de passage d'air sont différentes, la pression de projection du gaz n'est pas constante, si bien que les pertes ou les détériorations dues au métal en fusion sont importantes au même titre que la porosité de toute la matière réfractaire, de sorte que l'on ne peut obtenir une longue durée de vie.
B) On a cru que la matière réfractaire utilisée pour le soufflage d'un gaz et réalisée par le procédé (3) permettrait de résoudre les problèmes énoncés ci-dessus mais, dans la réalité, les inconvénients ci-après subsistent toujours :
a) les éléments en papier ou en bois ont généralement une faible résistance, ils se déforment au cours du traitement, il est difficile d'établir un diamètre déterminé dans les trous de passage et il se forme des craquelures dans le corps façonné lors de l'application d'une pression élevée. b) Etant donné que la matière en cours de cuisson dégage un gaz ou des matières volatiles, il se forme des craquelures au cours de la cuisson, il subsiste des résidus et l'on ne peut obtenir des ouvertures parfaites.
En particulier, il est extrêmement difficile de réaliser des tuyères d'une dimension requise (grande longueur) que l'on utilisera au fond d'un convertisseur. c) Les températures doivent être supérieures à la température de cuisson afin de former des trous étroits et les méthodes décrites ci-dessus ne peuvent être appliquées à la matière réfractaire et aux produits de coulée qui n'ont pas subi la cuisson. d) En raison des problèmes énoncés ci-dessus, il convient de pratiquer, autant que possible, des trous d'un diamètre constant dans une zone limitée pour projeter un important volume de gaz.
De plus, étant donné que les convertisseurs à soufflage par le sommet ont acquis un irnportant volume, le gaz est soufflé par le fond afin de faire circuler le métal en fusion. Cette méthode est appelée "soufflage par le haut et par le bas". Pour réaliser les tuyères de soufflage par le bas, on utilise des conduites SUS ou des briques poreuses.
En ce qui concerne la tuyère d'une conduite, le diamètre est généralement de 5 à 20 mm et le débit de gaz doit être supérieur au mach car, s'il est inférieur à cette valeur, la tuyère s'obstrue. C'est là une condition indispensable lorsque le convertisseur renferme le métal en fusion. La limite supérieure est d'environ 30 kg/cm2 compte tenu de la pression devant être adoptée à l'échelle industrielle et l'intervalle dans lequel se situe cette valeur, est l'intervalle de réglage pour le soufflage du gaz par le bas. En d'autres mots, la limite inférieure pour le débit du gaz de soufflage par le bas est déterminée en fonction de l'obstruction de la tuyère, tandis que la limite supérieure dépend de la limite de pression du dispositif. L'intervalle entre la limite inférieure et la limite supérieure pour le débit de soufflage du gaz est d'environ 2 à 3 fois.
En ce qui concerne la phase métallurgique, lorsqu'on augmente le débit de soufflage du gaz par le bas, la réaction entre le laitier et le métal est activée et la déphosphoration est accélérée. Dans la matière à faible teneur en carbone (moins de 0,04%), la teneur en P est réduite à mesure que la quantité de gaz augmente. Toutefois, dans une matière à haute teneur en carbone (plus de 0,4%), l'agitation entre le laitier et le métal est trop forte et le potentiel d'oxydation de l'acier et du laitier est réduit, altérant ainsi fortement la déphosphoration. Dès lors, on constate que, pour assurer une déphosphoration préférentielle lors de l'affinage d'une matière dont la teneur en carbone se situe dans l'intervalle allant de 0,4 à 0,04%, le débit du gaz de soufflage par le bas doit se situer entre 0,005 et 0,011 Nm3/min.T.
Toutefois, étant donné que, dans la tuyère d'une conduite, l'intervalle de réglage du débit de
gaz est étroit, l'effet exercé n'est nullement préférentiel dans les matières à haute teneur en carbone en ce qui concerne le débit du gaz de soufflage par le bas. Si l'on essaie de porter au maximum l'effet exercé dans les matières à faible teneur en carbone, l'effet obtenu dans les matières à haute teneur en carbone est inférieur lors du soufflage d'un gaz par
le bas tandis que, si l'on essaie de porter au maximum l'effet exercé dans les matières à haute teneur en carbone, l'effet obtenu dans les matières à faible teneur en carbone est inférieur. En conséquence, si, par exemple, on choisit un débit de gaz de 0,10 Nm3/min.T, la limite inférieure pour ce débit de gaz est d'environ 0,03 à 0,05 Nm3/min.T, tandis que la déphosphoration est accélérée en réduisant la teneur en carbone à une faible valeur au point final. En conséquence, le rendement en acier en fusion est inévitablement réduit et l'unité fondamentale d'alliage est accrue ; de plus, étant donné que le débit de gaz ne doit pas être arrêté, l'unité fondamentale du soufflage par le bas est restreinte.
Afin de remédier aux inconvénients de la tuyère d'une conduite, on a proposé une tuyère constituée de briques poreuses permettant de régler le débit de gaz à partir de 0. On forme la tuyère poreuse en maintenant les granularités dans un certain intervalle et la perméabilité, à une valeur inférieure à environ 100 microns. Si l'on arrête le débit de gaz alors que l'acier est maintenu dans le convertisseur, cet acier ne pénètre guère dans la tuyère poreuse et les problèmes énoncés ci-dessus sont presque résolus.
Toutefois, étant donné que dans cette tuyère poreuse, le gaz s'infiltre dans les grains cristallins des matières réfractaires, la résistance est extrêmement importante à cet endroit et la pression du gaz doit être maintenue à une haute valeur pour régler le débit de gaz ; toutefois, si l'on maintient la pression de gaz à une haute valeur, la tuyère en matière réfractaire se détériore. En conséquence, la limite supérieure pour la pression du gaz est de 30 kg/cm2.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités d'une tuyère classique pour l'affinage de l'acier, d'élargir l'intervalle des pressions de soufflage d'un gaz par le bas et de prolonger la durée de vie de cette tuyère. A cet effet, la tuyère suivant l'invention est étanchéifiée par le métal se trouvant au fond, sur les côtés et sur chacun des trous de pénétration, empêchant ainsi le gaz d'entrer directement en contact avec la matière réfractaire tandis que., d'autre part, la réserve de gaz est entourée d'une plaque métallique, réduisant ainsi la pression de gaz exercée sur la matière réfractaire.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé en vue de réaliser une tuyère en matière réfractaire, en particulier, en vue de former des trous de pénétration. Compte tenu des effets de barbotage se produisant dans le métal en fusion, il
est préférable que les trous de pénétration aient un diamètre compris entre 0,1 et 5 mm. Chaque trou peut avoir n'importe quelle section transversale, par exemple, une section transversale circulaire, elliptique, polygonale ou autre. Un élément tubulaire en matière réfractaire ou en métal peut être installé à l'inté-rieur des trous.
L'invention a également pour objet l'utilisation de la tuyère réfractaire réalisée en une substance perméable et non poreuse comportant les trous
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rer le soufflage du gaz au débit requis de 0 à 0,5 Nm3/min. T, tout en maintenant la pression du gaz en circulation et/ou du gaz d'affinage au-delà de la pression statique de l'acier en fusion + le laitier. En utilisant cette tuyère spécifique et en effectuant un affinage dans ces conditions spécifiques, on peut élargir l'intervalle de réglage du soufflage de gaz par le bas de telle sorte que le réglage du débit de gaz soit aisé et que la durée de vie de la tuyère soit prolongée.
Dans les dessins annexés :
la figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant un exemple de la tuyère suivant l'invention ;
les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en plan et une vue en coupe transversale illustrant l'élément en matière réfractaire pour le soufflage d'un gaz suivant l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe transversale illustrant un autre exemple ; la figure 5 est une vue en coupe transversale illustrant un exemple de procédé de moulage ; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre le débit de soufflage d'un gaz et la pression du gaz ; la figure 7 est un graphique montrant la relation entre la quantité de [P] et le débit de gaz, la teneur en [C] étant un paramètre ; la figure 8 est un graphique montrant la relation entre la pression de gaz et le débit de gaz ; la figure 9 est une vue en coupe transversale illustrant un autre exemple ;
la figure 10 est un graphique montrant la relation entre la teneur en CC] au point final et la <EMI ID=5.1> la figure 11 est un graphique montrant la relation entre la teneur en [CI au point final et la teneur totale en [Fe] du laitier, et la figure 12 est un diagramme de soufflage. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de la tuyère en matière réfractaire de l'invention, ce dessin étant simplifié pour des <EMI ID=6.1>
formés dans cette matière réfractaire avec des conduites 4, une plaque métallique supérieure 6 et une plaque métallique inférieure 7 formant une réserve de gaz 5, un recouvrement métallique 8 entourant les côtés de la matière réfractaire 2 et de la réserve de gaz, ainsi qu'une conduite à gaz 9 adaptée à la plaque métallique inférieure 7.
La matière réfractaire 2 est constituée d'une substance non poreuse et elle est installée au fond et sur la paroi d'un convertisseur.
On forme les passages ou les trous de pénétration 3 en introduisant les conduites métalliques 4 dans un trou s'étendant d'une face d'usure entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à une face arrière. Dans le présent exemple, les conduites métal-
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La plaque métallique 6 est proche de la surface inférieure de la matière réfractaire 2 et elle forme la réserve de gaz 5 en intercalant une plaque métallique inférieure 7 entre elles. La plaque métallique supérieure 6 comporte des trous à des endroits correspondant aux ouvertures inférieures des trous de pénétration. La plaque métallique supérieure 6 et les conduites métalliques 4 faisant partie des trous 3 sont solidarisées l'une à l'autre par soudage ou par vissage, tandis que la réserve de gaz 5 communique avec
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Le recouvrement métallique 8 entre en contact avec la plaque métallique supérieure 6 et la plaque métallique inférieure 7 sur leur circonférence, tandis qu'il entoure la matière réfractaire 2 et la réserve de gaz 5 sur leurs côtés. Dans la présente forme de réalisation, le recouvrement métallique 8 est une plaque en fer.
La conduite à gaz 9 est reliée à une source de gaz (non représentée) à partir de la plaque métallique inférieure 7. Outre la structure décrite cidessus, suivant la présente invention, on peut prévoir des nervures de renforcement 10 (illustrées en traits discontinus) entre la plaque métallique supérieure 6 et la plaque métallique inférieure 7 afin de renforcer davantage toute la structure de la tuyère 1 contre la pression du gaz et également afin de réduire la charge imposée à la matière réfractaire 2 par cette pression, Les nervures 10 sont constituées de conduites métalliques.
On se référera également à la composition chimique de la tuyère en matière réfractaire. La matière réfractaire utilisée pour réaliser les tuyères de la présente invention est constituée de 5 à 30% de carbone, le reste de la composition étant constitué d'un ou plusieurs éléments choisis parmi MgO, A1203,
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Une teneur en carbone inférieure à 5% augmente la pénétration du laitier, provoquant ainsi d'importantes pertes par le métal en fusion, ainsi que des détériorations par éclatement thermique, tandis qu'une teneur en carbone supérieure à 30% réduit la robustesse et la résistance à la corrosion. L'addition d'un ou de plusieurs des éléments précités a pour but d'améliorer la qualité, la résistance à l'éclatement, la résistance à l'abrasion ou la robustesse.
Les matières premières pour les matières réfractaires de l'invention sont choisies parmi : les
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A1203, le carbone et les carbures C, SiC, ZrC, WC,
MoC et B4C, de même que les nitrures Si3N4 et BN.
La présente invention a pour but de fournir des produits de cuisson et des produits ininflammables constitués principalement des ingrédients précités et imprégnés de poix après cuisson.
La matière réfractaire de la tuyère suivant la présente invention a une très faible vitesse d'usure de 0,8 à 0,9 mm/charge lorsque les trous de pénétration ont un diamètre d'environ 1 mm. Dès lors, la durée de vie de la tuyère peut être prolongée.
On décrira ci-après le procédé de réalisation de cette tuyère. A l'intérieur d'un châssis de moulage, on installe des organes destinés à former des passages rectilignes d'un diamètre de 0,1 à 5 mm et l'on remplit ces organes d'une matière réfractaire non poreuse. On retire ou on laisse subsister ces organes de formation de passages.
Pour des éléments de moulage sous pression., il est préférable de répéter quelques fois la distribution d'une matière réfractaire malaxée et de localiser les organes précités à des distances déterminées en procédant à de nouvelles charges de cette matière réfractaire malaxée. Dans un autre procédé, on peut empêcher les organes de se déplacer de part et d'autre alors que la matière réfractaire malaxée est déplacée sous la pression opératoire, Le corps de tuyère ainsi réalisé est soumis à une cuisson ou non suivant les types de matières premières et les produits envisagés.
Il est également préférable que les diamètres des passages extérieurs soient inférieurs à ceux des passages intérieurs. En procédant de la sorte, on évite l'inconvénient associé au procédé classique, à savoir que la forme d'un champignon est instable et que les pertes par le métal en fusion sont importantes, si bien que l'on ne peut déterminer la direction de soufflage du gaz, que l'intervalle de réglage du débit de gaz est étroit et que les passages s'obstruent ; en l'occurrence, l'expression "en forme de champignon" signifie que les matières en fusion recouvrent la face de travail des passages sous forme de champignons.
Afin d'assurer une mise en oeuvre régulière de l'opération de l'invention, on spécifiera les conditions complémentaires suivantes : espaces entre les passages : 3 à 150 mm ; épaisseur de la conduite : 0,1
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distance entre la plaque métallique supérieure et la plaque métallique inférieure de la réserve de gaz :
2 à 50 mm.
Etant donné que la tuyère suivant l'invention
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maintenu à une valeur constante.
Lorsque� en lieu et place de la matière réfractaire malaxée, on utilise la matière de moulage comme matière réfractaire pouvant être coulée, en vue de former les passages précités, on dispose plusieurs bandes métalliques étroites 17 dont les extrémités supérieures et inférieures sont fixées à des éléments
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quoi on verse la matière de moulage 18 dans le châssis de moulage 16 et on la soumet à des vibrations pour la façonner. On soumet la pièce moulée à un finissage
et on la sèche pendant un certain temps, puis on
retire les bandes pour former des passages. Si l'on utilise des conduites, on peut laisser subsister ces dernières qui formeront alors la paroi intérieure des passages, La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une tuyère de soufflage de gaz en matière réfractaire et la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la figure 2, Dans ces figures, le chiffre de référence 11 désigne une matière réfractaire non poreuse, le chiffre de référence 12, la surface de travail et le chiffre de référence 13., la face arrière. La figure 4 est une vue en coupe transversale de la tuyère de soufflage de gaz en matière réfractaire selon une autre forme de réalisation dans laquelle on utilise des conduites métalliques comme organes de formation de trous, et on laisse subsister ces conduites comme indiqué en 15.
La tuyère en matière réfractaire suivant l'invention est réalisée comme décrit ci-dessus, supprimant ainsi les inconvénients des éléments classiques. On résumera ci-après les utilités, les effets et autres caractéristiques avantageuses qu'apporte l'invention.
1) On peut former plusieurs trous ayant des diamètres fixes et s'étendant en ligne droite depuis
la face entrant en contact avec le métal en fusion jusqu'à la face arrière.
2) Le procédé de la présente invention peut être appliqué non seulement à des matières réfractaires soumises à une cuisson, mais également � des produits qui ne sont pas soumis à une cuisson.
3) On peut régler ad libitum les diamètres des conduites métalliques, leur diamètre intérieur et le nombre dans lequel elles sont requises.
4) En laissant subsister les conduites, on empêche la matière réfractaire de subir une corrosion sous l'effet du gaz entrant en réaction avec elle-même, par exemple, l'oxygène, le carbone gazeux ou analogues, si bien que le gaz en réaction peut être soufflé positivement.
La figure 9 illustre une autre tuyère recouverte d'un manchon 26 réalisé en une matière réfractaire non poreuse, ainsi que d'une plaque en fer 27 disposée sur une autre plaque en fer 21 afin de conférer une robustesse à l'ensemble de la tuyère.
Suivant l'invention, les tuyères sont disposées sur le fond et la paroi d'un convertisseur afin d'effectuer simultanément le soufflage par le bas et le soufflage par le sommet.
Comme gaz de soufflage par le bas, on mentionnera des gaz inertes tels que Ar, N2 ou analogues,
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cerne l'oxygène, on peut l'utiliser si sa proportion dans la composition est inférieure à 70%. Si cette proportion est supérieure à 70%) la. matière réfrac-
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s'use.
La pression du gaz de soufflage par le bas est supérieure à la pression statique du métal en fusion + le laitier. Si cette pression est inférieure
à la pression statique du métal en fusion plus le laitier, le métal ou le laitier pénètre dans les trous de passage et les obstrue. Le débit du gaz de soufflage par le bas est de 0 à 0,5 Nm3/min, T. Si ce débit est supérieur à 0,5 Nm3/min. T, l'unité fondamentale du gaz de soufflage par le bas augmente, donnant ainsi lieu à un accroissement des frais consentis tandis que, par ailleurs, les déperditions de chaleur augmentent sous l'effet de refroidissement du métal en fusion par le soufflage par le bas. Le débit optimum de gaz peut être déterminé par les teneurs finales en C et en P requises pour le soufflage dans le convertisseur.
En d'autres mots, si l'on augmente le débit de gaz de soufflage par le bas, l'agitation entre le laitier et le métal en fusion s'accélère et la réaction d'affinage se rapproche de l'équilibre, mais le potentiel d'oxydation diminue à mesure que le débit de gaz de soufflage par le bas augmente dans les matières à haute teneur
en carbone où le potentiel d'oxydation est faible en soi, si bien que la déphosphoration a lieu à un degré inférieur. Dès lors, le débit optimum de gaz est déterminé par la teneur en P et par les sous-produits contenus dans le métal en fusion. Il est difficile de mesurer le potentiel d'oxydation dans le laitier. Les figures 10 et 11 montrent les relations entre la teneur <EMI ID=16.1>
s ion.
Le tableau 1 donne une comparaison entre le procédé de l'invention et le procédé classique lorsqu'on utilise de l'argon gazeux dans un convertisseur de t80 tonnes à soufflage de gaz par le bas.
TABLEAU 1
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REMARQUES : A : dimensions de la tuyère ; B : nombre
utilisé ; C : pression et débit de gaz dans l'intervalle de réglage ; D : mini-
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de la tuyère par le métal en fusion ; G :
matières.
Comme on peut le constater, l'invention offre un large intervalle de réglage du débit de gaz et elle permet d'améliorer la durabilité.
le tableau 2 donne les caractéristiques
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TABLEAU 2
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REMARQUES : A: dimensions de la tuyère ; H : arrêt
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soufflage par le bas Nm3/min,T; J : arrêt du soufflage; K : [P]% ; L : teneur totale en [Fe]%.
Ainsi qu'on peut le constater suivant l'in-
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dans l'acier à faible teneur en carbone, l'arrêt du soufflage [P] est faible et la teneur totale en [Fe] dans le laitier est également faible. Lorsque la teneur en carbone est de 0,4% dans un acier à haute teneur en carbone, le débit de gaz de soufflage par le bas pourrait être réglé à une faible valeur et l'arrêt de soufflage [P] est faible.
Au cours de la décarburation de l'acier à faible teneur en carbone, on agite le bain par ébullition de CO de façon à réduire le débit de gaz de soufflage par le bas. Comparativement à l'unité fon-
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conduite classique, on peut obtenir les mêmes caractéristiques métallurgiques avec une unité de 0,8 Nm3/T conformément à la présente invention.
On peut également réduire le débit de gaz presque à zéro en maintenant la pression du gaz à la pression statique de l'acier en fusion plus le laitier.
La figure 12 donne des diagrammes de soufflage.
REVENDICATIONS
1. Tuyère pour l'affinage d'un métal en fusion, caractérisée en ce qu'elle comprend une matière réfractaire non poreuse disposée au fond ou sur la paroi d'un convertisseur, plusieurs passages formés dans cette matière réfractaire au moyen de conduites métalliques, une plaque métallique supérieure et une plaque métallique inférieure définissant une réserve de gaz communiquant avec les passages pratiqués dans la base de la matière réfractaire, un recou-
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réfractaire et les cotés de la réserve de gaz, de même qu'une conduite à gaz adaptée à la plaque métallique inférieure, la conduite métallique de chacun des passages étant reliée à une ouverture pratiquée dans la plaque métallique supérieure,