Brevet FR2342341A1 — publié le 19770923

L'invention concerne un dispositif permettant de contrôler la répartition des gaz qui sortent de la charge, dans le gueulard des hauts fourneaux, et plus spécialement un dispositif destiné à la détermination de la température et de la composition de ces gaz. Les gaz de gueulard sont composés de CO, C02, H2, CH4, N2, H20 en proportions variables suivant la nature du minerai et du coke de départ, ainsi que des conditions opératoires. La température de ces gaz varie entre la paroi et l'axe du haut fourneau, elle est en moyenne de 100 à 200"C dans la majeure partie du gueulard et elle croit brusquement jusque vers 600 - 800"C lorsqu'on approche de l'axe. Ces valeurs sont des valeurs moyennes, mais on a déjà constaté que la température dans la zone axiale dépasse parfois 1000"C,.traduisant une anomalie de fonctionnement. Il est donc intéressant, et tout spécialement pour les hauts fourneaux modernes automatisés, de disposer d'un moyen permettant de contrôler la température et éventuellement la composition des gaz sortant de la charge.Cela permet de contrôler la bonne marche du haut fourneau et d'essayer de déterminer les perturbations qui peuvent se produire. Les méthodes employées jusqu'ici, pour ce contrôle, sont les sondages horizontaux, mais s'ils donnent de bons résultats ils ont'l'inconvénient de n'être pas continus, et donc risquent de laisser passer inaperçus certains phénomènes de courte durée. Des essais ont déjà été effectués pour mettre en place un dispositif de mesure permanent, constitue par des thermocouples portés par des poutres perpendiculaires traversant le gueulard suivant des diamètres. Mais les problèmes de tenue à la température au centre et de résistance à l'abrasion dans la zone ou tombent les charges sont trop importants pour qu'un tel dispositif puisse donner des résultats. La présente invention a donc pour but de fournir un dispositif permettant de contrôler en permanence la répartition gazeuse au gueulard des hauts fourneaux, ne présentant pas les inconvénients des systèmes utilisés jusque là, et résistant particulièrement bien aux conditions sévères qui y règnent. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif de contrôle de la répartition gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux comportant des moyens de mesure de température et/ou de prise d'échantillons, lesdits moyens étant portés par un support flexible, refroidi par circulation d'un fluide, ancré entre deux points de la paroi du gueulard et de longueur au moins égale à la distance séparant les points d'ancrage. Le fluide de refroidissement est de préférence de l'eau ou du gaz de haut fourneau épuré sous pression. Selon un mode de réalisation de l'invention le support comporte un tube flexible à l'intérieur duquel peut être placé un cable de soutien, ou deux tubes coaxiaux. Le dispositif peut egalement comporter deux toles de protection résistantes à l'abrasion, fixées par l'une de leurs extrémités aux points d'ancrage du support, et s'étendant dans la zone où tombent les charges. L'invention a également pour objet un procédé de contrôle de la répartition gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux consistant a effectuer des mesures de température et/on des prises d'échantillons, à l'aide de deux dispositifs selon l'invention ancrés en des points définissant deux diamètres sensiblement perpendiculaires, ou a laide de plusieurs dispositifs ancrés en des points définissant des cordes parallèles. Comme on le comprend, le dispositif de contrôle selon l'invention comporte des moyens de mesure et de prise d'échantillons classiques, rendus solidaires d'un support flexible refroidi. Ce support traverse le gueulard suivant une corde ou un diamètre et il est fixé a ses deux extrémités généralement à l'aide de pièces intermédiaires, à la paroi du haut fourneau. Le dispositif a une longueur telle que, lorsqu'il est en place, sa forme est semblable au profil des charges, il est donc sensiblement horizontal dans le cas de hauts fourneaux chargés par une goulotte tournante, et dans le cas d'un chargement par cloche forme est voisine d'une parabole. Les moyens de mesure sont donc tenus à des distances sensiblement égales des charges.C'est un avantage considérable par rapport à un système rigide, dans le cas d'un haut fourneau à cloche ou la charge a une forme de cône renversé. En effet, les gaz se mélangent très rapidement a leur sortie de la charge, et avec un dispositif horizontal rigide on est certain de commettre une erreur importante sur la temperature des gaz dans la zone axiale. Or c'est dans cette zone qu'il est de plus intéressant de faire des mesures, car les différences de température y sont les plus marquees. Le dispositif selon l'invention permet donc de détecter avec une grande précision les écarts de température de la zone centrale, sur de longues périodes, ce qui n'était pas possible jusque là. Un dispositif demeurant en permanence dans le gueulard d'un haut fourneau doit pouvoir résister à la température élevée qui règne dans la zone axiale. Dans le dispositif selon l'invention ce problème est résolu par la presence d'un fluide de refroidissement. La seconde difficulté est l'érosion due au passage des charges. On peut l'éliminer par l'emploi d'un matériau spécial, résistant à l'abrasion, mais on peut également, dans le cas d'un haut fourneau a cloche fixer au-dessus du dispositif, dans la zone ou tombent les charges, des tôles de protection. Elles seront de préférence fixées-sur la pièce intermédiaire, de manière telle qu'elles puissent être remplacées facilement. Elles doivent être d'encombrement faible, pour ne pas perturber la répartition des charges, tout en assurant une protection efficace du dispositif.La présence du refroidissement jointe a celle des tôles de protection, permet d'éliminer, pour le dispositif lui-même, tous les problèmes de résistance dus aux conditions speciales qui règnent dans le gueulard du haut fourneau. On pourra donc em ployer, pour réaliser le support, des matériaux courants et légers, tels que des tubes en acier de faible diamètre. Le dispositif tout entier sera de poids relativement peu élevé et par conséquent d'autant plus facile à mettre en place dans le haut fourneau. L'invention sera de toutes façons bien comprise en se reportant à la description qui va suivre, donnee à titre d'exemple, en référence à la figure unique annexée qui représente, en coupe, le gueulard d'un haut fourneau dans lequel sont placés deux dispositifs selon l'invention. Sur cette figure est schématisée en 1 la paroi du gueulard, formée, comme on le sait, d'une cuirasse métallique et d'un garnissage réfractaire. La charge 2, mélange de minerai et de coke, à la forme d'un cône renversé. Cette charge est introduite à l'aide de la cloche 3, représentée ici en position basse, c'est-à-dire permettant le passage des matières. Deux dispositifs 4, selon l'invention, sont placés sur deux diamètres sensiblement perpendiculaires du gueulard. Le dispositif 4 comporte un support flexible 5 ancré entre deux points de la paroi du gueulard a l'aide des passages 11 qui sont fixés sur les piéces intermédiaires 9.Pour la clarté du dessin, seuls des thermocouples 6 ont été représentés, mais il -est bien évident que le support 5 pourrait égale- ment porter des moyens de prise d'échantillons, par exemple des tuyaux souples dont l'extrémité comporte un filtre pour éviter l'aspiration des poussières, reliés éventuellement à des moyens d'aspiration si le haut fourneau ne fonctionne pas sous pression. Pour réaliser le support 5, tout systeme ayant la caractéristique requise de flexibilité et pouvant permettre la circulation d'un fluide convient. Il peut être de même nature sur toute sa longueur, ou compose de pièces différentes. Ainsi le support 5 peut être composé, dans la zone à température relativement basse, d'un assemblage de deux chaînes parallèles reliées par des traverses et entre lesquelles est inséré un tuyau ou circule le fluide de refroidissement. Dans la zone axiale, où le refroidissement doit être plus intense, il est formé d'un tube, dans lequel débouche le tuyau où circule le fluide de refroidissement, mais dont le diamètre est voisin de la largeur de l'ensemble chaînetuyau, donc nettement supérieur à celui de ce tuyau. Cependant de préférence le support 5 sera constitué d'un tube à l'intérieur duquel circule le fluide de refroidissement ou de deux tubes coaxiaux, la circulation du fluide se faisant alors soit par le tube central, soit entre les deux tubes. On peut également prévoir un cable de soutien interne, afin d'améliorer la résistance mécanique de l'ensemble. Ce cable estnécessaire dans le cas d'un haut fourneau à chargement par goulotte tournante dans le gueulard duquel le dispositif doit etre tendu en position sensiblement horizontale. Selon un mode de réalisation pré féré, tel que représenté sur la figure unique, le support flexible 5 est un tube agrafé en acier inoxydable a l'intérieur duquel est placé un cable de soutien. Ce cable est également en acier inoxydable et il comporte une âme métallique, car il baigne dans l'eau de refroidissement. Le tube est de diametre relativement faible (environ 45 mm) afin de ne pas perturber la répartition des charges. Le fluide de refroidissement peut être de l'eau, ou tout gaz ou mélange de gaz non oxydant, en effet il faut éviter, en cas de fuite, toute possibilité de réaction entre le gaz de refroidissement et l'oxyde de carbone et l'hydrogène contenus dans les gaz de gueulard. Ainsi on peut employer de l'azote, des mélanges CO, C02 ou tout gaz inerte. Mais de préférence on utilisera soit de l'eau qui donne un meilleur refroidissement, soit du gaz de haut fourneau épuré sous pression dont on dispose en grande quantité. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure unique le fluide de refroidissement, est de l'eau qui circule à l'intérieur du tube support en baignant le cable de soutien.Le débit d'eau est de 2 m3/heure au moins et la température du tube, dans la zone la plus chaude du gueulard peut être maintenue en dessous de 400 C. Un systeme automatique de protection en cas de percée est prévu, il coupe l'arrivée d'eau dès que la pression descend en dessous d'une valeur déterminée. Les moyens de mesure de la température des gaz, généralement des thermocouples, sont de longueurs croissantes et disposes de manière à ce que leurs soudures chaudes soient deux à deux symétriques par rapport à l'axe du haut fourneau. Sur la figure on peut voir deux séries de thermocouples 6, entrant dans le gueulard par les passages 11, mais on peut également, bien que cela oblige à utiliser des fils de plus grande longueur, faire arriver tous les thermocouples à une seule des extrémités du support 5. Le nombre de soudures chaudes 8 est un peu plus elevé dans la zone axiale et à proximité des parois, car ce sont les zones où les mesures ont le plus d'intérêt. Dans l'exemple décrit, les thermocouples sont en chromel-alumel, ils sont placés dans des gaines souples, telles que des tubes d'inconel remplis de poudre de magnésie ou d'alumine.Les thermocouples gains sont attachés, a l'aide de colliers par exemple, en différents points du support 5. Ce dernier étant refroidi, les phénomènes de conduction parasite, toujours à craindre à chaud avec l'alumine, sont évités. Les soudures chaudes 8 sont écartées du support 5 d'une vingtaine de centimetres vers le bas, de manière à ce que la présence du support refroidi 5 n'influence pas les mesures. L'atmosphère du haut fourneau contient toujours de la vapeur d'eau. Celle-ci vient se condenser sur le support qui est refroidi et risque, par ruissellement sur les soudures chaudes 8, de perturber les mesures. Une protection a donc été prévue dans l'exemple représenté, elle est formée par un tube en acier inoxydable dont la partie supérieure est recourbée vers le bas et dont la partie inférieure porte une tôle métallique soudée for mant parapluie. Des tôles de protection 7, fixées par une de leurs extrémités à la pièce intermédiaire 9, sont placées au dessus du dispositif 4 dans la zone où tombent les charges. Ces tôles ont ici une section triangulaire, mais elles pourraient aussi bien avoir une section semi-circulaire, rectangulaire, carrée ou demi hexagonale. En fait toute forme telle que les charges puissent être déviées de part et d'autre du dispositif 4 convient, le seul impératif étant de ne pas modifier la surface externe de la charge 2. Les tôles 7 sont réalisées en un matériau résistant bien à l'abrasion, par exemple de la fonte moulée spéciale ou un feuilleté composé d'une tôle de base rigide sur laquelle sont déposées des couches résistant a l'abrasion.Les tôles 7 sont fixées sur les pieces intermédiaires 9 de maniere à ce que leur remplacement, en cas d'usure, puisse être effectue aisément: La pièce intermédiaire 9 est fixée de façon étanche à la paroi du gueulard, les deux passages 10 et 11 sont également étanches, de manière à ce que les gaz nocifs ne puissent s'échapper à l'extérieur. Pour contrôler de manière permanente la répartition des gaz de gueulard on placera généralement deux dispositifs selon l'invention sur deux diametres sensiblement perpendiculaires du gueulard : cela suffit pour donner une bonne idée de la répartition toute entière. Mais on peut également en mettre sur plusieurs diamètres ou bien sur un certain nombre de cordes sensiblement paral lèles, l'un d'entre eux étant alors de préférence placé sur un diamètre de manière a avoir des renseignements sur la zone axiale. Les échantillons peuvent être envoyés à des appareils d'analyse automatique et les analyses ainsi que les mesures de température traités par ordinateur afin d'obtenir des résultats moyens sur des périodes assez -longues. Revendications 1 - Dispositif de contrôle de la répartition gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux, comportant des moyens de mesure de la température, et/ou de prise d'échantillons, caractérisé en ce que lesdits moyens sont portés par un support flexible, refroidi par circulation d'un fluide, ancré entre deux points de la paroi du gueulard et ayant une longueur au moins égale à la distance séparant les deux points d'ancrage. 2 - Dispositif de contrôle de la répartion gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est du gaz de haut fourneau épuré sous pression. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le support comporte deux tubes flexibles coaxiaux. Le fluide de refroidissement circulant à l'intérieur de l'un d'eux. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le support comporte un tube flexible à l'intérieur duquel circule le fluide de refroidissement. 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'un cable de soutien est placé à l'intérieur du tube. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens de mesure de la temperature sont des thermocouples de longueurs croissantes, repartis le long du support de manière à ce que leurs soudures froides soient deux à deux symétriques. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que des tôles de protection, résistantes à l'abrasion, sont fixées par une de leurs extrèmités.aux points d'ancrage du support et s'etendent au dessus du dispositif dans la zone où tombent les charges. 9 - Procéde de contrôle de la répartition gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux, consistant à effectuer des mesures de température et/ou des prises d'échantillons à l'aide de deux dispositifs selon les revendications 1 à 8, ancrés en des points définissant deux diamètres sensiblement perpendiculaires du gueulard. 10 - Procédé de contrôle de la répartition gazeuse dans le gueulard des hauts fourneaux, consistant à effectuer des mesures de température et/ou des prises d'échantillons à l'aide de plusieurs dispositifs selon les revendications 1 à 8 ancrés en des points définissants des cordes sensiblement paral lèles.-