Brevet FR2300995A1 — publié le 19760910

La présente invention a pour objet la mesure du débit d'une veine de métal liquide à haute température circulant dans une canalisation. Cette mesure présente de l'intérêt dans divers procédés d'élaboration et d'affinage en continu des métaux, pour permettre le réglage et l'automatisation de ces procédés, ainsi que dans divers procédés où le métal liquide est un véhicule de chaleur, pour la mesure de la quantité de chaleur transportée. Le dispositif proposé est une adaptation du débitmètre électromagnétique, appareil bien connu. Le débitmètre électromagnétique est basé sur la loi de Faraday. Il est constitué comme représenté par la figure 1. Soit un conduit cylindrique 1 en matière non conductrice de l'électricité et amagnétique, de diamètre d, dont la section est remplie entièrement par le liquide qui y circule à une vitesse V. Ce conduit est placé dans un champ magnétique d'induction B. En 2 points diamétralement opposés 2 et 3, sont disposées 2 électrodes. La droite 2 - 3 est perpendiculaire à la fois, à la direction du champ magnétique et au sens de déplacement du liquide. Le conducteur liquide 2 - 3 est le siège dtun courant induit, la différence de potentiel entre les 2 électrodes est e = B V d d'ou' = e B La section du conduit cylindrique étant S = le débit en volume sera Q = V S = 4 5 de Plusieurs conditions doivent être réalisées pour que le débitmètre soit utilisé avec des métaux liquides à-haute température. û) La section de canalisation servants à la mesure, doit toujours etre entièremerit pleine de sétal, d'oì son installation à la Partie inférieure dun syphon, ou dans une canalisation verticale, avec le métal liquide circulant de bas en haut. b) Cette canalisation doit être constituée par un matériau réfractaire ayant une bonne résistance à l'érosion du métal liqui de, être'mauvais conducteur de l'électricité et amagnétique. c) Les électrodes doivent être bonnes conductrices de l'é- lectricité, et résister à l'érosion par le métal liquide autant que le réfractaire. d) Le dispositif doit permettre de rendre le résultat des mesures, indépendant des effets de l'usure des matériaux constituant la canalisation du débitmètre. Le dispositif proposé pour réaliser cette dernière condition est basé sur la remarque suivante Dans la coulée en source de lingots d'acier, on constate que les conduits réfractaires reliant la lingotière mère aux lingotières à remplir, s'agrandissent en conservant leur section circulaire. Par analogie, la canalisation du débitmètre à métaux liquides s'agrandira en restant cylindrique. A la mise en service de l'installation, d étant le diamètre initial on a: Q = nTB ed (1) 43 Après un certain temps de service, le garnissage réfractaire a un diamètre d', la force électromotrice mesurée est e'. Pour un meme débit on aura : Q ce qui peut s'écrire : Q = 'pr e'd(T) (2) On peut donc mesurer le débit en utilisant la formule (1) à condition de corriger la valeur e' obtenue par application du rapport d' d Dans ce but, à intervalles réguliers, on interrompt l'ali- mentation des bobines créant le champ B, et on applique aux électrodes une différence de potentiel connue et constante E. On mesure l'intensité I du courant passant entre les électrodes à travers le métal : I La résistance R du conducteur métallique liquide entre les 2 électrodes est de la forme : R = p = résestivité du métal liquide 4 = section de ce métal intéressée par le passage du courant entre les 2 électrodes. d = distance entre les 2 électrodes et diamètre du conduit. A la mise en service du dispositif on a : I C1$ et après usure : II = w dtoù Iy = dd et après usure : I' = d'où la formule (2) devient Q =e'-aç$ (3) est une constante de l'appareil I, e, d, valeurs à la mise en service de l'appareil. Les mesures successives de I sont mises en mémoire par modification d'une constante de l'appareillage électronique du débitmètre. C'est une valeur quelconque située entre 2 mesures de lo Soit I' la dernière valeur enregistrée, c'est cette valeur I' qui intervient automatiquement pour corriger la valeur Q enregistrée par l'appareil. La fréquence des mesures de I, sera déterminée par expérience selon le degré de résistance à l'érosion des matériaux réfractaires du dispositif de mesure, et le degré de précision recherché. En outre, les mesures successives de I, peuvent servir à surveiller la progression de l'usure des réfractaires du conduit de mesure. D'autre part, dans diverses fabrications la séparation des scories surnageant un bain de métal, est couramment réalisée par un barrage faisant syphon. A condition de l'adapter, ce syphon peut, en meAme temps, être employé pour y loger le dispositif de mesure décrit cidessus. sera le cas d'une installation d'affinage continu de la fonte en acier, alimentée par un haut-fourneau. Dans le chenal ae coulée du haut-fourneau, le barrage de décrassage et le débitmètre seront confondus en un seul dispositif. Pour une telle application, le dispositif a schématiquement la forme de la figure 2. L'élément de mesure du débitmètre est constitué par un bloc 1, d'un réfractaire répondant aux conditions d'être mauvais conducteur de l'électricité à la température de 1500/16000, de résister à l'érosion de la fonte à cette température et d'être amagnétique. Ce bloc 1, est constitué en niture de silicium, ou en niture de bore, ces indications sont données à titre d'exemple, non limitatif. Ce bloc de forme cylindrique est percé suivant son axe d'un orifice cylindrique 2, il est muni de 2 électrodes en graphite, 3 et 4. Ce bloc est serré dans un ensemble réfractaire 5, pouvant être constitué en carbone sous forme de briques et de pisé damés Dans ce bloc sont deux conduits cylindriques 6 et 7 qui prolongent le conduit 2, suivant le même axe et avec le même diamètre. Les bobines 8 et 9, créant le champ magnétique, sont placées de part et d'autre du bloc 1, ménageant des intervalles sur leurs 2 faces pour une circulation d'air suivant les flèches de la vue en coupe E ?, l'air y étant amené par une canalisation 10, qui soutient et positionne les bobines 8 et 9. La partie inférieure de l'ensemble réfractaire 5 est percée d'un large orifice 11 permettant l'évacuation de la fonte en cas de percée dans le dispositif de mesure, Cet orifice 11 est normalement bouché par une talle mince 12, pour assurer la circulation d'air désirée, cette tôle est dissoute par la fonte en cas de percée. Le dispositif décrit ci-dessus est précédé d'un chenal 13 de liaison avec le haut-fourneau, comportant un déversoir 14 pour l'évacuation du laitier. La fonte circule dans le sens de la flèche. Le dispositif de mesure est suivi d'un autre chenal 15, pour l'évacuation de la fonte. Les éléments amont 13 et aval 15 ont un profil tel qu'indi qué par le schéma faisant que l'élément de mesure 1 a son conduit 2 constamment plein de métal liquide. Des trous de coulée 16 et 17 normalement obturés permettent la vidange des points bas du syphon. Enfin, un bassin maçonné en produit réfractaire (non repré senté)recueille la fonte sortant, éventuellement, des orifices 11, 16 et 17, pour la conduire à une poche ou un chantier de coulée, ou tout autre moyen de récupération. REVENDICATIONS 1. - Procédé de mesure d'un débit de métal liquide à haute température, par la mesure de la vitesse et de la section de la veine de métal liquide. Dans ce prodédé, il est fait usage d'un débitmètre électromagnétique, disposé dans la canalisation où circule le métal de telle façon que l'élément de mesure du débitmètre soit constamment plein dans toute sa section. Dans ce but, la canalisation est verticale, avec circulation de bas en haut, sinon, dans le cas d'une canalisation horizontale Qu a faible pente, l'élément de mesure est placé au point bas d'un syphon. L'élément de mesure est une canalisation de section cylindrique réalisée en un matériau réfractaire, ayant une bonne résistance à l'érosion provoquée par la circulation du métal, mauvais conducteur de l'électricité et amagnétique. Les électrodes sont en un matériau résistant à l'érosion du métal liquide et bon conducteur de l'électricité. I1 est admis que l'usure du conduit cylindrique est la même sur tout le périmètre de sa section et que cette section reste circulaire0 Le procédé est caractérisé par un dispositif dans lequel on tient compte de l'agrandissement de la section de la canalisation, par une correction consistant périodiquement à interrompre l'alimentation des bobines fournissant le champ magnétique, et à appliquer aux électrodes une différence de potentiel connue et constante E. Cette différence de potentiel donne naissance entre les électrodes à un courant dont on mesure l'intensité I. On fait une mesure de I lors de la mise en service de l'installation, la distance entre électrodes étant d. En cours de fonctionnement, on refait périodiquement de nouvelles mesures de I, soit I' correspondant à une distance entre électrodes d'. La force électromotrice e induite par le champ B est corrigée dans le rapport I I' 2. - Dispositif selon revendication 1, dans lequel la mesure de I' a pour effet de modifier une constante de l'équipement électronique du débitmètre, tant qu'une nouvelle mesure de I', ne vient pas se substituer à la précédente. La fréquence des mesures de I est déterminée par expérience pour chaque application particulière, elle est aussi élevée que l'exigent l'usure des matériaux réfractaires et le degré de précision désiré. 3. - Dispositif selon revendications 1 et 2, dans lequel les mesures périodiques de I, permettent de surveiller la progression de l'usure des réfractaires de l'élément de mesure du débitmètre0