Brevet FR2124466A1 — publié le 19720922

„„ 2124466 72 03737 La mesure de la température d'un métal en fusion dans un convertisseur de fabrication de l'acier est habituellement effectuée d'une façon intermittente. Il est désirable cependant que l'on puisse mesurer cette température d'une façon continue et il a déjà été proposé d'utiliser, à cet effet, un organe de transmission de lumière qui traverse la paroi de la cuve de fabrication de l'acier, et de déterminer la température en analysant la lumière au moyen d'un pyromètre à rapport. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la température d'un métal en fusion dans une cuve qui e.st caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tiges perméables au rayonnement, sensiblement parallèles qui sont résistantes aux hautes températures et sont placées dans line matière réfractaire de façon que les faces de l'une de leurs extrémités soient en service exposées, au métal en fusion. En service, le dispositif peut être monté dans la paroi d'une cuve de fabrication de l'acier de façon à traverser le revêtement réfractaire. Ce revêtement est soumis à des contraintes qui peuvent avoir pour effet l'application de forces de cisaillement ou de moments de flexion sur les tiges. Si l'une des tiges se casse son pouvoir de transmission du rayonnement est-diminué mais l'on a constaté que c'était la qualité du rayonnement transmis au pyromètre à-rapport, plutôt que la quantité de ce rayonnement qui présentait de l'importance, et le fait de prévoir un nombre de tiges supérieur à un garantit que l'erreur de la température mesurée est réduite à un minimum. Grâce à l'emploi de plusieurs tiges, la sécurité de fonctionnement du dispositif est ainsi considérablement améliorée. De préférence, on utilise au moins trois tiges. Un pyromètre à rapports est basé sur le principe que le rapport de l'énergie émise par un corps chaud sur deux longueurs d'onde distinctes, ou davantage, ou sur deux gammes d'ondes distintes, ou davantage, peut être établi uniquement en relation avec la température du corps. Sous réserve que le pouvoir émissif de la surface du corps chaud soit le même pour les deux longueurs d'onde, la température mésurée est indépendante de ce pouvoir émissif. De même, si le rayonnement qui est transmis à un pyromètre est affaibli par quelque interférence, sous réserve que l'affaiblissement ne modifie pas la longueur d'onde, la température mesurée n'est pas affectée. De préférence, les faces d'extrémité des tiges qui sont 72 03737 2124466 à l'opposé des extrémités exposées au métal en fusion, sont disposées à proximité d'un élément transmettant le rayonnement pour dévier le rayonnement émergeant de toutes les tiges vers une sortie unique de rayonnement. Un guide souple de rayonnement peut être 5 raccordé à la sortie pour guider le rayonnement jusqu'à un pyro-mètre. L'élément transmettant le rayonnement devrait comporter une surface conique ayant un sommet tronqué du côté de la sortie, mais il est constitué, de préférence, par une lentille. Afin de diminuer les probabilités de fracture des tiges, 10 chaque tige est, de préférence, constituée par une pluralité de tronçons disposés bout à bout. On a constaté que, même si des contraintes de cisaillement sont apliquées au dispositif , de telle sorte que les tronçons de tige adjacents sont légèrement désalignés, la capacité de mesure de la température du dispositif 15 n'est pas modifiée de manière notable.De préférence, les tronçons d'une tige sont décalés par rapport aux tronçons de tige d'une autre tige de sorte qu'au fur et à mesure de l'usure en service des tiges, les extrémités des tronçons des différentes tiges ne sont pas exposées simultanément au métal chaud. 20 Chaque tige peut être ajustée dans un tube réfractaire chaque tube étant constitué par un certain nombre de tronçons de tube mis bout à bout, un tronçon de tube étant prévu pour chaque tronçon de tige, et chaque tronçon de tige étant légèrement décalé par rapport au tronçon de tube qui lui est associé de sorte 25 qu'un tronçon de tige en saillie constitue une broche qui s'adapté dans un manchon formé par le tronçon de tube adjacent. Les tronçons de tige sont, de préférence, étroitement ajustés dans leurs tronçons de tube coopérants. Les tiges sont, de préférence, des tiges de saphir et 30 peuvent présenter des surfaces hautement réfléchissantes, obtenues par exemple, en les recouvrant d'un revêtement en un métal tel que le platine. Ceci réduit les pertes de rayonnement à travers les parois de la tige. La température de la face en contact avec le métal en fusion est comprise approximativement entre 1570 et 1630°C. 35 Le saphir constitue une matière appropriée pour les températures dépassant Q00°C. Le quartz fondu peut être utilisé pour les températures comprises entre 900° et 200°C. L'oxyde d'Yttrium ou l'oxyde de magnésium sont également des matières qui peuvent être appropriées. 40 Toutes les tiges sont de préférence enfermées dans un 72 03737 2124466 fcube extérieur réfractaire. L'élément transmettant le rayonnement, par exemple une lentille, est, de préférence réalisé en quartz quoi qu'il puisse être également réalisé en saphir. Le quartz s'altère aux températu-5 res élevées et, en conséquence, un élément en quartz doit être monté dans un boîtier comportant des passages pour un réfrigérant. Le dispositif peut être monté sur une canne destinée à être insérée dans une cuve au lieu d'être monté dans la paroi de la cuve. 10 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit. Sur les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 représente en vue extérieure avec arrachement 15 partiel une cuve de fabrication de l'acier comportant dans sa paroi un dispositif selon l'invention ; la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; les Fig. 3 et 4 sont des vues en perspective montrant la 20 manière dont le dispositif est assemblé ; la Fig. 5 est une vue en perspective- d'une partie d'un autre mode de réalisation. Un convertisseur 2, classique, à oxygène pour la fabrication de l'acier est recouvert intérieurement d'un revêtement per-25 marient en matière réfractaire 4 et d'un revêtement d'usure 6 en briques réfractaires, de la façon habituelle . Un dispositif 8 de mesure de la température du métal fondu 10 contenu dans la cuve 2 est monté dans la paroi de ladite cuve 2 et traverse l'une des briques 6 qui comporte un orifice central. Un guide de rayonnement, 30 souple, 12 est raccordé au dispositif 8 et traverse un orifice 13 percé dans l'enveloppe extérieure 14 de la cuve 2. L'orifice 13 est décalé par rapport au dispositif 8 pour réduire au minimum tout risque de fuite du métal en fusion au delà dudit dispositif 8.. Pendant la fabrication, -le revêtement d'usure 6 s'use, habituelle-35 ment jusqu'à prendre la configuration indiquée par la ligne en traits mixtes 16, et le dispositif 8 est disposé en un emplacement où cette usure est uniforme et où la matière ne s'accumule pas pour bloouer l'extrémité du dispositif. On voit sur la Fig. 2 que le dispositif 8 comporte une 40 pluralité de tiges 18 perméables au rayonnement et sensiblement 72 03737 " 2124466 parallèles qui sont placées dans une matière réfractaire de sorte que les faces 20 de l'une de leurs extrémités sont exposées, en service, au métal en fusion. Les tiges 18 sont des tiges de saphir et chacune d'elles est constituée par une pluralité de tronçons de tige 22 disposés bout à bout. Les Fig. 3 et 4 montrent que le dispositif comporte trois tiges 18 et que les tronçons de tige 22 sont disposés de telle sorte que les tronçons 22 d'une tige 18 sont décalés par rapport aux tronçons des autres tiges. Les tiges 18 sont enfermées dans un tube extérieur réfractaire 24, réalisé en deux parties pour la facilité du montage. Ce tuge 24 est en alumine recristalisée. Chaque tige 18 est ajustée et fixée avec un ciment 28 en alumine pure dans son propre tube réfractaire 26 bien que les tiges 18 puissent être ajustées avec précision dans les tubes ré-fractaires 26 sans qu'il soit besoin de ciment. Chaque tube 26 est constitué par un certain nombre de tronçons JO en alumine recristallisée mis bout à bout, un tronçon de tube JO étant prévu pour chaque tronçon de tige 22. Sur la Fig. 2, on voit que chaque tronçon de tige 22 est légèrement décalé axialement par rapport au tronçon de tube 30 dans lequel il est placé de sorte que les tronçons de tige en saillie forment des broches 32 qui pénètrent chacune dans un manchon 3 constitué par le tronçon de tube adjacent. Les tronçons de tige 22 ont des surfaces d'extrémité 38 rigoureusement polies. Les tiges 18 et les tubes 26 sont réunis à l'intérieur du tube réfractaire extérieur 24 dans un ciment d'alumine 40 (Fig.4). Des tiges d'alumine recristallisée 42 sont utilisées pour remplir les vides à l'intérieur du tube extérieur 24. Une enveloppe protectrice en métal 36 entoure le tube réfractaire extérieur 24 et supprime toute possibilité de pénétration à l'intérieur de celui-ci de matières goudronneuses provenant des briques réfractaires. Un couvercle de protection métallique 44 est placé sur l'extrémité du tube extérieur 24 pour protéger le dispositif 8 au cours de son montage dans la paroi de la cuve 2. Le couvercle 44 fond dès que la cuve entre en service. Les faces 46 des tiges 18, situées à l'extrémité opposée aux faces 20, sont placées à proximité d'un élément de transmission du rayonnement 48, qui dévie le rayonnement émergeant de toutes les tiges 18, vers une sortie de rayonnement unique 50. Les faces 46 sont finement polies. L'élément 48 est une lentille de quartz dont les surfaces sont finement polies. 72 03737 2124466 L'espace entre la lentille 48 et la sortie 50 est égal à la distance focale de ladite ïentille 48. La sortie 50 est constituée par l'extrémité d'un guide de rayonnement souple 1?. Le guide 12 est d'un type connu et comporte intérieurement une fibre 64 5 transmettant la lumière. La Fig. 5 représente un autre mode de réalisation qui est similaire au mode de réalisation représenté sur les Fig. 2 à 4 sauf en ce qu'il comporte quatre tiges 18. ^ e est raccorae Lors de l'utilisation, un pyromètre à rapports'au guide 10 de rayonnement 12. Le rayonnement provenant d'un métal en fusion passe à travers les tiges 18, est dévié par la lentille 48 et passe dans la fibre 64 transmettant la lumière. Le lentille 48 sert à dévier la lumière provenant de l'une des tiges jusqu'au guide 12. La température du métal peut être mesurée en analysant le rayonne-15 ment avec le pyromètre à rapports. Lorsque le revêtement d'usure de la cuve s'use, le dispositif s'use également, mais un dispositif peut durer pendant toute une campagne. Un faible moment de torsion appliqué au dispositif peut être rattrapé par les raccordements à broche et mandrin entre 20 les tronçons de tube et de tige sans rupture des tiges. Une légère inclinaison entr'e les tronçons de tige adjacents 22 ne diminue pas sérieusement la quantité de rayonnement, du fait, que les surfaces extérieures des tiges sont réféléchissantes. Si un moment de torsion ou une force de cisaillement 25 appliqué au dispositif 8 provoque la rupture d'une tige, le dispositif continue néanmoins de fonctionner. L'importance de la modification qu'une rupture peut apporter à la qualité du rayonnement et, en conséquence, à la température mesurée, dépend de la quantité de rayonnement provenant 350 du métal fondu qui s'échappe par la fracture et du rayonnement de. la fracture elle-même. Si la fracture se trouve dans une région relativement froide, elle affaiblit le rayonnement mais ne modifie pas sensiblement la longueur d'onde. Si la fracture se trouve dans une région chaude elle agit à la fois comme un affaiblisseur et 55 comme une source de rayonnement. Si la fracture rayonnante est à la même température que la face exposée de la tige, elle n'a aucun effet sur la longueur d'onde mais si elle est chaude, bien qu'à une température inférieure à celle de la face exposée, elle réduit le rayonnement qui est transmis et rayonne elle-même à une température 40 différente. L'erreur introduite par une tige cassée est en'consé- 72 03737 6 2124466 quenee minimale lorsque la fracture est, soit à la température du métal en fusion, soit à une température faible et est maximale quelque part entre les deux. Il a été calculé qu'avec une face de tige exposée à une température de l600°C et une fracture de tige qui dissipe complètement l'énergie qui arrive sur elle en provenance de la face exposée, et qui rayonne avec un pouvoir émissif de un, l'erreur maximale se produit pour une température de la fracture de l'ordre de 1400°C à 1500°C. Lorsqu'il y a deux tiges dont l'une est cassée, l'erreur maximale dans la lecture de la mesure est de JO°C environ. Lorsqu'il y a trois tiges dont l'une est rompue, l'erreur maximale est d'environ 13°C. Lorsqu'il y a quatre tiges dont,l'une est cassée, l'erreur maximale est d'environ 8°C. S'il n'y avait qu'une seule tige, la température mesurée serait toujours égale à la température de la fracture. L'invention permet ainsi de disposer d'un appareil pour la mesure en continu de la température dans une cuve destinée à la fabrication de l'acier qui est capable de fournir une mesure de température utilisable malgré des dommages partiels résultant des forces que l'on est amené inévitablement à rencontrer en fonctionnement. 72 03737 2124466 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de la température d'un métal en fusion dans une cuve comportant un élément de transmission de la lumière, caractérisé en ce au'il comprend une pluralité de tiges (18) sensiblement parallèles, perméables au rayonnement, et résistantes 5 aux températures élevées placées dans une matière réfractaire (24, 26,40) de façon que les faces (20) de l'une de leurs extrémités soient en service exposées, au métal en fusion. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tige (18) est constituée par une pluralité de lOtronçons de tige (22) disposés bout à bout. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tronçons (22) d'une tige (18) sont décalés par rapport aux tronçons (22) d'une autre tige (18). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 2 et 3, caractérisé en ce que chaque tige (l8) est ajustée dans un tube réfractaire (26) constitué par un certain nombre de tronçons de tube (30) disposés bout à bout, un tronçon de tube (30) étant prévu pour chaque tronçon de tige (22) et chaque tronçon de tige (22) étant légèrement décalé axialement par rapport au tronçon de 20 tube ('30) auquel il est associé, de sorte qu-'un tronçon de tige (22) en saillie constitue une broche (32) de pénétration dans un manchon (34) formé par le tronçon de tube (30) adjacent. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tiges (18) sont enfermées dans un 25 tube extérieur réfractaire (24). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois tiges (18). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les tiges (l8) sont des tiges de saphir. 30 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 , caractérisé en ce que les faces (46) des tiges (l8) éloignées des faces (20) exposées sont placées au voisinage d'un élément transmettant le rayonnement (48) pour dévier le rayonnement émergeant de toutes les.tiges (18) vers une sortie de rayonnement unique (50). 35 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que la sortie (50) est constituée par un guide de rayonnement flexible. 10 - Dispositif ëelon l'une quelconque des revendications 72 03737 . . ; : 8 _ , . . 2124466 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe protectrice extérieure métallique (36). -11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'ïl est entouré par une brique (6) en matière réfractaire, ladite brique comportant un orifice central. . 12 - Dispositif selon l.'une quelconque des revendications 1 à .il; caractérisé-eh ce "qu'il est' monté dans la paroi d'une cuve (?) pour la fabrication d'acier» ' COPY