Brevet FR2370297A1 — publié le 19780602

La présente invention est relative ç un dispositif permettant d'observer l'intérieur d'une enceinte, par exemple dans le but d'effectuer certaines mesures particulières. La description qui suit est axée sur l'application de ce dispositif pour l'observation de la charge à l'intérieur d'un haut fourneau, mais c'est lc uniquement à titre d'exemple et sans aucun caractère de limitation ; le dispositif de l'in Invention peut en effet s'appliquer à l'observation de l'intérieur de toute enceinte. On connaît l'intérêt qu'il y a à observer par exemple ltévolution de la forme de la surface supérieure de la charge d'un haut fourneau, la répartition des températures superficielles depuis le centre jusqu'8 la périphérie, l'apparition de points chauds ou de zones froides, etc... Ces indications permettent d'améliorer la bonne marche du fourneau, conditionnée par un apport approprié en coke, minerai et fondants, ainsi que par la répartition la plus Judicieuse de ces matériaux sur toute la surface supérieure de la charge. La valeur de toutes les données est évidemment subordonnée au fait de pouvoir observer cette charge correctement au moyen d'un appareil aussi fiable que possible A priori, ces conditions ne sont pas aisées à remplir, étant donné que la partie interne du haut fourneau, se trouvant au-dessus de la charge, peut être soumise à une surpression gazeuse (par 2 exemple 2 kg/cm ) et est pratiquement touJours très poussié- reuse. Dans le cadre de lobservation de la charge à ligne térieur d'un haut fourneau, on a déJh imaginé différents dispositifs' généralement à balayage, faisant partie d'un appareillage pratiquement fisse ou du type télémétrique. Dans la plupart des cas, ces dispositifs permettent l'observation de la charge d'un haut fourneau au travers d'un hublot en un matériau transparent, soumis 2 nettoyage permanent. Le demandeur a déJà préconisé un dispositif de ce type, comportant essentiellement d'une part, un organe d'observation ou de mesure dont l'axe de visée, au moins dans sa partie terminale, est orienté de façon à passer au travers d'une ouverture et d'autre part, des moyens de déviation de l'axe de visée dudit organe d'observation. Ainsi conçu, un tel dispositif permet d'orienter l'axe de lorgne d'observation dans toutes les dlrections compatibles avec llouverture de l'orifice d'observation. Certains dispositifs de ce type ont été mis sur le marché, notamment des appareils de thermographie, dont les moyens de déviation de l'axe de visée de la caméra sont des prismes polygonaux. En général, l'utilisation de ces disposai tifs nécessite une ouverture dans la paroi ainsi qu'une vanne d'isolation relativement importantes, pour pouvoir faire toutes les mesures indispensables à l'intérieur de l'enceinte. La présente invention a pour objet un dispositif permettant de remédier à cet inconvénient. Le dispositlf, obJet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend - un organe d'observation ou de mesure, - des déflecteurs dont au moins un est mobile, assurant d'une part, le passage du rayonnement provenant de ligne térieur de l'enceinte dans un orifice d'observation, de préférence de dimensions minimum et d'autre part, la transmission de ce rayonnement à l'organe d'observa tion ou de mesure suivant une ligne brisée dont la par tie terminale coïncide avec l'axe de visée dudit organe d'observation ou de mesure, - des moyens pour faire tourner le ou les déflecteurs mo biles autour d'un axe perpendiculaire au plan formé par ledit axe de visée et son prolongement suivant ladite ligne brisée, - des moyens pour faire tourner l'ensemble des déflecteurs autour d'un axe coincidant avec une partie de ladite ligne brisée, - un support sur lequel sont-disposés, de fappnfixe, d'une part, l'organe d'observation ou de mesure et d'autre part, l'axe de rotation autour duquel l'ensemble des déflecteurs est destiné à tourner ainsi que les moyens destinés à faire tourner cet ensemble. Suivant une modalité de l'invention, les déflecteurs sont avantageusement des miroirs. Suivant une deuxième modalité de l'invention, les miroirs ont une forme propre à assurer la mesure ou 1' obser- vation suivant un angle solide aussi constant que possible, quelle que soit la direction concernée. Suivant une variante de la précédente modalité, les miroirs ont une forme propre à assurer la mesure ou- l'obser- vation d'une surface aussi constante que possible de l'endroit visé, quelle que soit la direction concernée. Les miroirs suivant l'invention, fixes ou mobiles, peuvent être plans et/ou cylindriques à section soit circulaire, soit elliptlque, soit parabolique, et/ou à portion de surface ellipsolde et/ou à portion de surface paraboloide et/ou à portion de surface sphérique. Suivant une- modalité particulièrement intéressante de l'invention, les miroirs sont plans et le centre de rotation~ du miroir mobile est situé en dehors de la traJectoire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture de l'orifice d'observation Jusqu'à organe d'observation. Il résulte de cette disposition que l'intersection commune au faisceau reçu et retransmis par le miroir mobile est soumise à un mouvement combiné de rotation et de translation au cours du déplacement dudit miroir mobile. Suivant une variante de l'invention, un des miroirs est fixe et de courbure telle qu'au moins ur miroir mobile puisse être situé en un endroit de la traJectoire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture de l'orifice d'observation Jusqu' l'organe d'observation. Une forme particulièrement avantageuse est la forme concave. La surface du miroir courbe peut être continue ou constituée de facettes. Suivant l'invention, le dispositif comprend un diaphragme qui impose une ouverture constante au système optique mis en oeuvre. Le circuit optique comprend également un élément susceptible de focaliser le rayonnement sur le diaphragme ou sur l'ouverture de l'orifice d'observation ou sur la surface d'un déflecteur. Le mouvement qui anime le ou les déflecteurs mobiles peut résulter de ltaction d'une came ou d'un système vibrant. Le mouvement du ou des déflecteurs mobiles et le mouvement de rotation de l'ensemble des déflecteurs sont avantageusement commandés, suivant l'invention, à partir d'un mêmé moteur par l'intermédiaire d'un système différentiel. Egalement suivant l'invention, le support auquel sont fixés d'une part, l'organe d'observation ou de mesure et d'autre part, l'axe de rotation autour duquel l'ensemble des déflecteurs est destiné à tourner ainsi que les moyens destinés à faire tourner cet ensemble, peut se rapprocher ou s'éloigner de l'ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte ou de la vanne d'isolation. La fin de course du mouvement de rapprochement de l'ensemble constitué par l'organe d'observation et les déflectueurs, vis-d-vis de l'ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte à observer ou de la vanne d'isolation, coïncide avantageusement avec la fermeture d'un Joint d'étaneheité d'une circulaire alimentée par un fluide et assurant l'infection de ce fluide autour dudit ensemble. Le hublot protégeant le système optique de l'atmosphère interne de l'enceinte à observer est avantageusement solidaire du support de l'organe d'observation et de l'axe de rotation des déflecteurs > rendant plus facile son nettoyage. Un second hublot est avantageusement rendu solidaire de l'ensemble mobile des déflecteurs dans le but de rendre étanche l'élément constitué de l'organe d'observation et desdits déflecteurs. Dans le cas où un seul hublot est utilisé, ce hublot peut être rendu solidaire de l'ensemble mobile des déflecteurs, pour assurer l'étanchéIté du système optique. Le support auquel sont fixés l'organe d'observation ou de mesure et l'axe de rotation des déflecteurs est avantageusement contenu dans un caisson étanche pour prévenir tout danger pouvant provenir de l'enceinte à examiner. Les figures 1 à 3 sont données a titre d'exemple non limitatif, pour bien faire comprendre l'obJet de la présente invention. La figure 1 est relative à un dispositif comprenant un miroir plan mobile dont le centre de rotation est situé en dehors de la traJectoire suivie par le rayonnement depuis louver- ture de l'orifice d'observation Jusqu'à l'organe d'observation. La figure 2 est relative h un dispositif comprenant un miroir concave fixe et au moins un miroir mobile dont le centre de rotation est situé sur le traJectoire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture de l'orifice d'observation Jusqu'à l'organe d'observation. La figure 3 est relative à un mode de réalisation permettant de rapprocher ou d'éloigner le dispositif de l'invention vis-à-vis de l'ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte dont on veut examiner l'intérieur. Suivant la figure 1, l'organe de mesure est un pyromètre P dont l'axe de visée est représenté en (1). Ce pyromètre est disposé de façon fixe sur un support (2). Les déflecteurs sont constitués par des miroirs plans (3), (4r, (5)9 et (6)oye Un diaphragme (7) impose une ouverture constante au système optique mis en oeuvre. Le prolongement de l'axe de visée est dévié suivant une ligne brisée sous l'action des miroirs et traverse la petite ouverture (8) de l'orifice d'observation, avant de pénétrer dans l'enceinte dont on veut mesurer la température. Cette ouverture (8) est située en face du hublot (9) transparent. Les miroirs plans (3), (4) et (5) sont fixes l'un par rapport à l'autre et seul le miroir plan (6) est mobile en ce sens qu'il peut tourner autour d'ur axe (10) perpendiculaire au plan contenant l'axe de visée (1) et son prolongement suivant une ligne brisée. Cet axe (10) est situé en dehors de la traJectoire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture (8) Jusqu'au pyromètre (P). Les positions des intersections communes (11) et (12) au faisceau reçu et retransmis par le miroir mobile (6) dans deux positions différentes, montrent bien que ces intersections sont soumises à un mouvement combiné de rotation et de translation au cours du déplacement du miroir mobile (6). Suivant la modalité représentée sur la figure 1, le mouvement du miroir (6) est obtenu de la façon suivante un tube fixe (13) solidaire du support (2) est relié à un tube mobile (14) par des roulements à aiguilles (15). A l'intérieur du tube mobile (14) un deuxième tube mobile (16) tourne par rapport au tube (14) et est maintenu en place par deux roulements à aiguilles avec butées (17). Le mouvement de rotation est communiqué aux tubes (14) et (16) par l'intermédiaire respectivement des couronnes dentées (18) et (19) > ainsi qu'un différentiel constitué par les roues dentées (20) et (21) et d'un moteur (22). Les éléments (20), (21) et (22) sont disposés de façon fixe sur le support (2). Un indicateur de position (23) est également prévu.A l'extrémité du tube (16) est située une came (24) dont le mouvement déplace l'axe d'un galet (25) monté dans le bras rotatif (26) solidaire du miroir (6). Un ressort de rappel (27) maintient le bras rotatif (26) en contact avec la came (24), Le profil de la came (24) peut être déterminé de façon à décrire sur la surface à examiner une trajectoire de forme choisie. L'ensemble des miroirs (3), (4), (5) et (6) peut tourner autour d'un axe qui coincide avec l'axe de visée (1) et qui est disposé de façon fixe sur le support (2). Le système formé par les éléments (18-19-20-21) constitue une commande différentielle des tubes (14) et (16) de telle-sorte que quand le tube (14) effectue par exemple 10 rotations le tube (16) en effectue 11 dans le meme sens. Il en résulte que pendant les 10 rotations du tube (14), le miroir (6) effectue un aller et retour. On assure le balayage de la surface à observer à l'intérieur de l'enceinte au moyen de deux mouvements : d'une part, celui fourni par la rotation du miroir mobile (6) et d'autre part, celui fourni par la rotation de l'ensemble des mirois (3) > (4), (5) et (6) autour d'un axe coincidant avec l'axe de visée (1). On notera également l'intérêt d'installer une bote à air (28) devant le hublot (9), pour faire tampon entre le hublot et l'intérieur du four. La bote à air (28) est alimentée par la circulaire (29) au moyen des conduits (30). On peut démonter aisément le hublot (9) de son support qui est monté sur la boite à air (28), elle-meme boulonnée sur la bote à eau (31) de refroidissement. Suivant la figure 2, l'organe d'observation est un pyromètre P dont l'axe de visée est représenté en (41). Ce pyromètre est disposé de façon fixe sur un support (42). Les déflecteurs sont constitués par des miroirs (43), (44), (45) > (46). Un diaphragme (47) impose une ouverture constante au système optique mis en oeuvre. Le prolongement de l'axe de visée est dévié suivant une ligne brisée, sous l'action des miroirs et traverse la petite ouverture (48) de l'orifice d'observation, avant de pénétrer dans l'enceinte dont on veut mesurer la température. Cette ouverture (48) est située en face d'un hublot (49) transparent. Les miroirs (43) et (44) sont plans ; le miroir (46) est cylindrique et peut tourner autour d'un axe (50) perpendiculaire au plan contenant l'axe de visée (41) et son prolongement suivant une ligne brisée. L'axe (50) est situé sur ladite ligne brisée. Le mouvement de rotation du miroir (45) peut être obtenu à l'aide d'une came cylindrique (51) et d'un galet (52) déplaçant un bras coudé (53) actionnant un système à crémaillère (54). Le miroir (46) est constitué par une portion de cylindre 1ont la section est circulaire. La courbure de ce miroir est telle qu'il soit possible d'utiliser le miroir pivotant (45) situé en un endroit de la trajectoire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture (48) Jusqu'au pyromètre (P). L'ensemble des miroirs (43) > (44), (45)-et (46) peut tourner autour d'un axe qui coincide avec ltaxe de visée (41) et qui est disposé de façon fixe sur le support (42). On assure le balayage de la surface à observer à l'intérieur de l'enceinte au moyen de deux mouvements : d'une part, celui fourni par l'oscillation du miroir mobile (45) et d'autre part, celui fourni par la rotation de l'ensemble des miroirs (43), (44), (45) et (46) autour d'un axe coïncidant avec l'axe de visée (41). On repère la position angulaire de ces deux mouvements par tout système connu en soi et on peut alors localiser, d'une façon précise, la position de la partie de surface sur laquelle l'observation est faite en l'occurrence la mesure de la température de la charge du haut fourneau. On notera l'intérêt d'installer une botte à air (55) devant le hublot (49), pour faire tampon entre le hublot et l'intérieur du four. La boite à air (55) est alimentée par lascirculaire (56). On peut démontrer aisément le hublot (49) de son support qui est monté sur la boite à air (55), elle-même boulonnée sur la boite à eau (57) de refroidissement. Suivant la figure 3, l'ensemble constitué par le système des miroirs est représenté en (cul) et est relié à un pyromètre (62) dans le cas d'une mesure de la température de la charge d'un haut fourneau. Le mouvement de rotation de l'ensemble (6i) est assuré par un moto-réducteur (63). De plus, on a fait apparaltre sur la figure un emplacement (64) réservé aux dispositifs de commande indispensables au maintien de la transparence du hublot destiné à protéger le système optique de l'atmosphère interne de l'enceinte à observer. Pour pouvoir rapprocher ou éloigner l'ensemble (61 62-65-64) de l'ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte dont on veut mesurer les temperatures intérieures, ledit ensemble (61-64) est fixé sur un support (65) qui se déplace le long des guides (66) et (67) sous l'action d'un vérin (68). L'ensemble des dispositifs (61) à (68) est généralement disposé dans une enceinte sous pression (69) reposant sur la vanne (70) dont est munie la plaque d'appui (71) fixée sur le blingage du haut fourneau. Ce mouvement de rapprochement permet un champ d'observation (73) extremement large quel que soit le rapport entre l'épaisseur et le diamètre utile de la vanne (70). Une position extrême du mouvement de rapprochement et d'éloignement vis-i-vis de la vanne d'isolation (69) est déterminée par la valeur dudit champ d'observation (73), tandis que l'autre est choisie de façon à retirer complètement l'ensemble (61-64) hors de la vanne. La fin de course (72) du mouvement de rapprochement de l'ensemble (61-64) vis-à-vis de la vanne d'isolation (69) concile avec la fermeture d'un Joint d'étanchété (74) d'une circulaire (75) alimentée par de l'air. De ce fait, l'air contenu dans la circulaire (75) s'en échappe et passe entre l'ensemble (61) et la vanne (70), et contribue ainsi à maintenir la propreté de ces surraces. REVENDICATIONS 10/ Dispositif pour observer de l'extérieur, l'intérieur d'une enceintes au travers d'une ouverture, de très petites dimensions, pratiquée dans sa paroi, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend - un organe d'observation ou de mesure, - des déflecteurs dont au moins un est mobile, assurant d'une part, le passage du rayonnement provenant de l'in- térieur de l'enceinte dans un orifice d'observa.tion, de préférence de dimensions minimum et d'autre part, la transmission de ce rayonnement-8 l'organe d'obser vation ou de mesure suivant une ligne brisée dont la partie terminale coincide avec l'axe de visée dudit or gane d'observation ou de mesure, - des moyens pour faire tourner lue ou les déflecteurs mo biles autour d'un axe perpendiculaire au plan formé par ledit axe de visée et son prolongement suivant ladite ligne brisée;; - des moyens pour faire tourner l'ensemble des déflecteurs autour d'un axe coïncidant avec une partie de ladite ligne brisée, - un support sur lequel sont disposés, de façon fias, d'une part, organe d'observation ou de mesure et d'autre partl l'axe de rotation autour duquel l'ensemble des déflecteurs est destiné à tourner ainsi que les moyens destinés à faire tourner cet ensemble. 20/ Dispositif suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que les déflecteurs sont des miroirs. 30/ Dispositif suivant la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que les miroirs ont une forme propre à assurer la mesure ou l'observation suivant un angle solide aussi constant que possible, quelle que soit la direction de l'axe de visée. 40/ Dispositif suivant la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que les miroirs ont une forme propre à assurer la mesure ou l'observation d'une surface aussi constante que possible de l'endroit vis6, quelle que soit la direction concernée. 50/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 2 à 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que les miroirs fixes ou mobiles peuvent être plans et/ou cylindriques à section soit circulaire soit elliptique soit parabolique et/ou à portion de surface ellipsoïde et/ou à portion de surface paraboloide et/ou à partir de surface sphérique. 60/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendica tions 2 à 5, prise isolément, c a r a c t é r i s é en cé que les miroirs sont plans et le centre de rotation du miroir mobile est situé en dehors de la trajectoire suivie par le rayonnement depuis 1'ouverture de l'orifice d'observation jusqu'à organe d'observation. 70/ Dispositif suivant lwune ou l'autre des revendications 2 à 5, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce qu'un des miroirs est fixe et de courbure telle qu'au moins un miroir mobile puisse etre situé en un endroit de la traJec- toire suivie par le rayonnement depuis l'ouverture de l'orifice d'observation Jusqu'à l'organe d'observation. BO/ Dispositif suivant la revendication 7s c a r a c t é r i s é en ce que le miroir a une forme concave. 9 / Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 7 et 8 > prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que la surface du miroir est continue. 100/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, prise isolément, c a r a c t é r 1 s é en ce qu'il comprend un diaphragme qui impose une ouverture constante au système optique mis en oeuvre. 110/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 10, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le circuit optique comprend également un élément susceptible de focaliser le rayonnement sur le diaphragme ou sur l'ouverture de l'orifice d'observation ou sur la surface d'un déflecteur. 120/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le mouvement qui anime le ou les déflecteurs mobiles résulte de l'action d'une came ou d'un système vibrant. 170/ DIspositif, suivant l'une ou l'autre des reven dications 1 à 12, prise isolément, &commat; c a r a c t é r i s é en ce que les mouvements du ou des déflecteurs mobiles et de rotation des déflecteurs sont commandés à partir d'un même moteur par l'intermédiaire d'un système différentiel. 140/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 13, prise isolément, c a r a c té r i s ê en ce que le support auquel sont fixés d'u:e part, l'organe d'observation ou de mesure et d'autre part, l'axe de rotation autour duquel l'ensemble des déflecteurs est destiné à tourner ainsi que les moyens destinés à faire tourner cet ensemble, se rapproche ou s'éloigne de ltouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte ou de la vanne d'isolation. 15 / Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 14, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que la fin de course du mouvement de rapprochement de l'ensemble constitué par l'organe d'observation et des déflecteurs vis-à-vis de l'ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte ou de la vanne d'isolation coincide avec la fermeture d'un joint d'étanchéité d'une circulaire alimentée par un fluide et avec l'injec- tion de ce fluide autour dudit ensemble. 160/ Dispositif suivant ltune ou l'autre des revendications 1 à 15, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que le hublot protégeant le système optique de l'atmosphère Interne de l'enceinte à observer est solidaire du support de l'organe d'observation et de l'axe de rotation des déflecteurs. 170/ Dispositif suivant la revendication 1G, c a r a c t é r i s é en ce qu'un second hublot est rendu solidaire de l'ensemble mobile des déflecteurs. 180/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 15, prise isolément, c a r a c t é r i 8 é en ce que, dans le cas où un seul hublot est utilisé, ce hublot est rendu solidaire de l'ensemble mobile des déflecteurse 190/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 18, prise isolément, c a r a c t é r î s é en ce que le support auquel sont fixés organe d'observation ou de mesure et l'axe de rotation des déflecteurs est contenu dans un caisson étanche.