Brevet FR2181887A1 — publié le 19731207

La présente invention, due à Monsieur DLUBEK, est relative à un procédé et à un disnositif pour régler l'introduction d'un fluide liquide de protection, tel que par exemple un combustible liquide, dans un récipient tel qu'un convertisseur, et plus spécialement dans un convertisseur dans lequel l'affinage est effectué au moyen d'oxygène commercialement pur, insufflé dans le convertisseur au travers de son fond ou de sa paroi latérale. Pour réaliser l'injection d'oxygène commercialement pur par le fond ou la paroi latérale d'un convertisseur, on utilise generalement au moins une tuyère constituée de deux conduits coaxiaux, le conduit central servant à l'introduction de l'oxygène, le conduit périphérique servant à faire passer un fluide protecteur. Dans le cas où la ou les tuyères sont logées dans la paroi latérale, elles se trouvent sous le niveau supérieur normal du métal, lorsque le convertisseur est en position verticale. Dans le cas d'utilisation d'un fluide protecteur liquide, celuici est le plus souvent un hydrocarbure, dont la vaporisation et la décomposition endothermiques à la sortie du conduit périphérique, côté intérieur du convertisseur, sont spécialement avantageuses au point de vue de la protection du fond ou de la paroi latérale. D'une façon générale, ce fluide protecteur liquide est injecté dans le convertisseur, de telle façon que sa pression à l'orifice des tuyères, côté intérieur du convertisseur, soit au minimum de l kg/cm2. Dans ce genre d'injection, certains inconvénients particulièrement désagréables peuvent apparaître lors de variations brusques et imprévues de la pression du fluide liquide à l'interieur du conduit périphérique. Une telle variation, en l'occurrence une chute rapide, peut notamment provenir de la cause suivante: On sait qu aux orifices de sortie des conduits périphériques côté intérieur du convertisseur, il peut, dans certaines circonstances, se former des dépôts métalliques obstruant partiellement lesdits orifices. Ceux-ci ne laissent donc plus passer qu'une tartie du fluide liquide à introduire, et, afin de maintenir inchangé ou à une valeur minima, le débit effectif de celui-ci, on est conduit à augmenter sa pression d'alimentation. Il y a lieu de rappeler ici que dans le cas Drésent, le débit du fluide liquide de protection ne peut guère en général être modifié; d'une part, s'il est trop faible, la protection des réfractaires du convertisseur est incomplète, et d'autre part, s'il est trop élevé, une partie du fluide n'est pas décomnosée et finit par sortir inemployée ou imbrûlée du convertisseur. Or, il peut se faire que les dépôts metalliques dont il a éte fait mention ci-dessus, se detachent brusquement de l'endroit où ils s'etaient fixés, ce qui facilite sensiblement et rapidement te passage du fluide liquide de protection au travers des conduits périphériques des tuyères, et comme à ce moment la pression d'injection dudit fluide est superi-eure à celle nécessaire pour assurer le débit imposé en l-'absence de toute contrepression ou perte de charge parasite (par exemple celle provenant de la présence desdits dénôts), le débit du fluide protecteur augmente brusquement de façon importante, avec apparition des inconvénients cités ci-dessus.Dans les cas extrêmes, le fluide excédentaire sort du convertisseur, en polluant soit les alentours, soit la paroi extérieure du convertisseur. On a même constate que cet excèdent de fluide -protecteur liquide peut imprégner progressivement les réfractaires du revêtement intérieur du convertisseur, jusqu'à les traverser complètement et suinter Dar leur face exterieure. Dans de tels cas, il y a evidemment lieu de diminuer le plus rapidement possible la pression à laquelle le fluide est délivré par sa pompe d'alimentation, mais le plus souvent cette réaction ne peut se faire qu'avec un certain retard et donc sans pouvoir-eviter les inconvénients cités. Des difficultés du même genre peuvent apparaître lorsque l'on desire accroître la pression d'alimentation du fluide, car une augmentation de ladite pression conduit (à pertes de charte ou contrepression éqale) à une augmentation corrélative du débit délivré, cette dernière étant considérée comme indesirable. La présente invention a Douer objet un procédé et un dispositif permettant d'éviter ces inconvénients. Elle permet d'assurer un réglage aisé de l'introduction d'un fluide de protection liquide, tel qu'un combustible liquide, dans un récipient tel que par exemple un convertisseur, sous le niveau du métal liquide, par au moins un conduits ce conduit peut par exemple constituer la canalisation Déri sphérique d'une tuyère de soufflaqe à deux canalisations coaxiales logée dans le fond ou la paroi latérale dudit convertisseur, la canalisation centrale de ladite tuyère pouvant servir à l'insufflation de gaz oxydant. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on décrit tout d'abord le dispositif qui est utilise pour assurer ledit réglage. Le dispositif objet de l'invention est essentiellement carac térisé en ce qu3il comporte au moins: - un conduit dit d'alimentation raccordé d'une part à un conduit d'injection d'un fluide liquide dans un récipient, et d'autre part à une pompe d'alimentation dudit conduit en le fluide liquide approprié; - une soupape anti-retour convenablement tarée (pour une pression de refoulement déterminée), disposée dans le circuit de raccord à la pompe et permettant d'empêcher tout retour du fluide vers la pompe; - éventuellement un débitmètre (rotamètre) placé entre ladite pompe et ladite soupape anti-retour;; - un dispositif d'alimentation en un qaz neutre ou inerte, raccordé audit conduit d'alimentation entre ladite soupape anti-retour et ledit conduit d'injection du fluide liquide dans le recipient, ledit dispositif pouvant fournir ledit gaz à une pression supe rieure à celle correspondant au tarage de la soupape anti-retour et suffisante pour empêcher toute matière, se trouvant dans le récipient, de pénétrer dans le conduit d'injection. Pour la facilité de compréhension du texte qui suit, on définit ci-après deux expressions particulières, à savoir "pression critique" et "pression de travail". On définit-la pression critique" comme etant la pression de refoulement du fluide, nécessaire à la sortie de la pompe, pour vaincre, à un débit desire et en l'absence de toute contrepression, les pertes de charge du circuit d'alimentation jusqu'à l'entrée du convertisseur. Suivant l'invention, c'est pour cette pression dite critique qu'est tarée la soupape anti-retour disposée dans le circuit du raccord à- la pompe. On définit la "pression de travail" comme étant la pression de refoulement du fluide à la sortie de la pompe, mais dans le cas où le convertisseur est muni de sa charge de métal liquide, et où la canalisation d'alimentation est remplie d'un gaz à une pression suffisante pour empêcher toute matière se trouvant dans le récipient de pénétrer dans le conduit périphérique. Le fonctionnement du dispositif de l'invention tel que defini ci-dessus, est expliqué au moyen du schéma donné ci-après, indiquant à titre d'exemple non limitatif, comment on peut concevoir un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention, mentionné ci-dessus, et décrit ci-après.Sur ce schema (cf. fig. 1), on peut voir: - une pompe à combustible liquide 1 avec son reservoir d'alimenta tion 2; - un réservoir 3 à gaz neutre ou inerte sous pression appropriée; - un rotamètre 4, équipé de sa vanne 5; - une soupape anti-retour 6 convenablement reglée; - une seconde soupape 7 anti-retour, placée sur le circuit de sortie du reservoir à gaz, et réglée à une pression supérieure à celle de la soupape 6; - le fond 8 d'un convertisseur, muni d'une tuyère composee d'une canalisation centrale 9 pour l'insufflation de l'oxygène d'affinage amené par le conduit 10, et d'une canalisation périphérique ll alimentée en combustible liquide 12, ledit combustible entrant dans le convertisseur en 13. Le dispositif fonctionne comme suit: En l'absence de toute contrepression dans le circuit d'alimentation, on règle la pression du fluide liquide a la sortie de la pompe de telle façon que le rotametre indique le débit dé-siré.Cette pression de réglage est donc la pression dite critique. La vanne anti-retour 6 est tarée pour laisser passer le fluide dès que la pression de refoulement atteint cette valeur critique (ici par exemple 2 kg/cm2). Quand on n'injecte pas de combustible liquide, le reservoir à gaz 3 débite dans le conduit 12 de la tuyère au travers de sa soupape 7 à une pression appropriee (par exemple 4 kg/cm2). On protège ainsi le conduit périphérique de la tuyère contre toute rentrée de métal; par ailleurs, la soupape 6 est bloquée sur son sieqe, à cause du gaz délivré par 3 à une pression supérieure à son taraqe; jusqu'à ce moment, la pompe ne debite donc pas de fuel liquide. On met la pompe en marche, la pression de sortie augmente progressivement, et le fuel commence à traverser la soupape 6 lorsque sa pression atteint celle du gaz délivre par le réservoir 3. On continue à augmenter la pression de sortie du fuel jusqu'à ce que le rotamètre 4 indique le débit desire; à ce moment, on injecte donc dans le convertisseur un mélange gaz-fuel à une pression très sensiblement égale à celle délivrée par le reservoir. Si, pour une raison quelconque, la résistance à l'injection du mélange fuel-gaz, dans le convertisseur tombait brusquement, le reservoir 3 augmenterait automatiquement et instantanement son débit de façon à rétablir la pression de 4 k/cm2 primitive, tandis que la pompe 1, plus lente à réagir, serait toujours soumise à la même contrepression sur la soupape 6 et ne débiterait pas davantage de fuel. Si on désire diminuer la pression à laquelle le fuel doit être injecté, on diminue d'abord de la valeur désirée la pression de travail, ce qui diminue le débit de fuel injecté, et on diminue ensuite corrélativement le tarage de la soupaDe 7, de façon à retablir le débit de fuel à sa valeur initiale. Par ailleurs, si on désire augmenter la pression à laquelle le fuel doit être injecté (sans augmenter son débit), il suffit de modifier dans le sens voulu, le tarage de la soupape 7, ce qui diminue le débit de fuel injecté; on augmente ensuite le régime de la pompe d'alimentation pour rétablir le débit de fuel à sa valeur désirée. typant ainsi défini le dispositif de l'invention, et expliqué comment il fonctionne, on définit ci-après le procédé de réglage faisant usage dudit dispositif. Le procédé de réglage qui fait l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que, un conduit dit d'injection, destiné à délivrer un fluide liquide dans un récipient tel que par exemple un convertisseur, étant raccordé côté extérieur du récipient, à une pompe permettant son alimentation en le fluide liquide, et le circuit d'alimentation comportant une soupape antiretour convenablement orientée et tarée pour la pression critique de refoulement, on introduit un gaz neutre ou inerte dans ledit circuit d'alimentation en aval de la pompe et de la soupape, ledit gaz étant à une pression, d'une part, supérieure au tarage de la soupape anti-retour, et, d'autre part, suffisante pour empêcher toute matière se trouvant dans le récipient de pénétrer dans le conduit d'injection, ladite pression étant de préférence sensiblement égale à la pression dite d'injection à laquelle on désire injecter le fluide dans le récipient contenant sa charge, et en ce qu'on met la pompe d'alimentation en service jusqu'à ce que le débit du fluide atteigne la valeur désirée, ce que l'on mesure, par exemple, au moyen d'un débitmètre (rotamètre) inséré dans le circuit d'alimentation entre la pompe et la soupape anti-retour. On comprend tout de suite qu a ce moment la pression de refoulement est egale à la pression de travail, laquelle est la somme de la pression cr- tique et de la pression d'injection. Le procédé de l'invention permet donc, dans les conditions opératoires indiquées ci-dessus, d'injecter à une pression définie un débit déterminé d'un fluide liquide dans un récipient tel qu'un convertisseur muni de sa charge, et sous le niveau de ladite charge. Quelle que soit la valeur de la pression d'injection, supérieure toutefois au tarage de la soupape anti-retour, on peut régler le débit de fluide liquide de façon à ne pas dépasser celui réglé pour la pression dite critique. Le procede de l'invention une fois mis en oeuvre au moyen du dispositif décrit ci-dessus présente un avantage particulièrement important au point de vue sécurité. En effet, dans le cas où la resistance à I rentrée du fluide dans le convertisseur vient à diminuer de façon brusque et inattendue, la pression du gaz introduit dans le circuit d'alimentation ne se modifie pas, et, consécutivement la pression de refoulement ne se modifie pas non plus; il s'ensuit que le débit de fluide n'est pas augmente; seul le débit de gaz introduit s'est accru automatiquement de telle façon que les pertes de charge correspondant au nouveau débit, compensent la perte de résistance survenue. Suivant une variante avantageuse du procédé, on peut modifier dans le sens voulu la pression d'injection du fluide dans le recipient, sans toutefois modifier son déb5t.- Pour accroître cette pression d'injection d'une certaine valeur, on augmente dans le sens voulu et de cette valeur, la pression à laquelle le qaz est introduit dans la conduite d'alimentation, puis on augmente de la même valeur la pression de refoulement de la pompe, l'accroissement de ladite pression de refoulement ne pouvant précéder celui de la pression d'injection du gaz; s'il s'agit de diminuer la pression d'injectiori du fluide d'une certaine valeur, on diminue de cette valeur la pression de refoulement du fluide, puis on diminue de cette même valeur la pression du gaz d'injection. Il est bien évident que pendant la courte durée des deux manoeuvres ci-dessus indiquées, le debit de fluide subit une légère diminution suivie d'une augmentation qui le ramène à la valeur initiale; il doit donc être entendu que l'expression "sans modification de débit" peut ne pas s'appliquer à cette courte durée de manoeuvre. Il est à remarquer que le procédé de l'invention permet egale ment, si le besoin s'en fait sentir, de modifier dans le sens voulu le débit du fluide liquide injecté, que la pression d'injecte tion soit à conserver ou non; il suffit de modifier dans le sens voulu et de la valeur voulue la pression de refoulement dudit fluide, puis éventuellement celle du qaz injecté. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisatipn décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagees, et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. REEtENDICATIONS 1-.- Procédé dans lequel on règle l'introduction d'un fluide de protection liquide, dans un récipient, par au moins un conduit dit d'injection, caractérisé en ce que ledit conduit d'injection destine à délivrer le fluide liquide dans le récipient (tel que par exemple un convertisseur) étant raccordé côté extérieur durécipient à une soupape permettant son alimentation en le fluide liquide, et le circuit d'alimentation comportant une soupape antiretour convenablement orientee et tarée pour la pression critique de refoulement, on introduit un gaz neutre ou inerte dans ledit circuit d'alimentation en aval de la pompe et de la soupape, ledit gaz étant à une pression d'une part supérieure au tarage de la soupape anti-retour, et d'autre part suffisante pour empêcher toute matière se trouvant dans le récipient, de pénétrer dans le conduit d'injection, ladite pression étant de préférence sensiblement egale à la pression dite d'injection à laquelle on désire injecter le fluide dans le récipient contenant sa charge, et en ce qu'on met la pompe d'alimentation en service jusqu'à ce que le debit du fluide atteigne la valeur désirée, ce que l'on mesure, par exemple au moyen d'un débitmètre (rotamètre) inséré dans le circuit d'alimentation entre la pompe et la soupape anti-retour. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, quand on veut accroître la pression d'injection d'une certaine valeur, sans modifier le débit du fluide, on augmente de cette valeur, la pression à laquelle le gaz est introduit dans la conduite d'alimentation, puis on augmente de la même valeur la pression de refoulement de la pompe, l'accroissement de ladite pression de refoulement ne pouvant précéder celui de la pression d'injection du gaz. 3.- Procédé suivant Ta revendication 1, caractérise en ce que, quand on veut diminuer la pression d'injection d'une certaine valeur, sans modifier le débit du fluide, on diminue de cette valeur la pression de refoulement du fluide, puis on diminue de cette même valeur la pression du gaz d'injection. 4.- Procedé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est aPpliqué à un convertisseur comportant dans le fond ou la paroi latérale, au moins une tuyère à deux conduits coaxiaux, le fluide liquide de protection étant introduit dans le convertisseur par le conduit périphérique de la tuyère, tandis que par le conduit central on insuffle un autre fluide, tel que par exemple un qaz oxydant. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide liquide est un combustible. 6.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - un conduit dit d'alimentation raccordé d'une part à un conduit d'injection d'un fluide liquide dans un récipient, ledit conduit pouvant être par exemple le conduit périphérique d'une tuyère de soufflage à deux conduits coaxiaux d'un convertisseur, et d'autre part à une pompe d'alimentation dudit conduit en le fluide liquide approprié; - une soupape anti-retour convenablement tarée (pour une pression de refoulement dite critique), disposée dans le circuit de raccord à ladite pompe et permettant d'empêcher tout retour du fluide vers la pompe; - éventuellement un débitmètre (rotamètre) placé entre ladite pompe et ladite soupape anti-retour; ; - un dispositif d'alimentation en un gaz neutre ou inerte, raccordé audit conduit d'alimentation, entre ladite soupape anti-retour et ledit conduit d'injection du fluide liquide dans le récipient, ledit dispositif pouvant fournir ledit gaz à une pression supé rieure à celle correspondant au tarage de la souPape anti-retour, et suffisante pour empêcher toute matière se trouvant dans le récipient, de pénétrer dans le conduit d'injection.