Brevet FR2360673A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne l'affinage de la fonte en acier et plus particulièrement l'alimentation des tuyères d'affinage disposés dans le -.nd des convertisseurs. Dans ces techniques d'affinage on souffle l'oxygène par des tuyères disposées dans le fond du convertisseur. On s'est rapidement rendu compte de la nécessité de protéger ces tuyères par un refroidrssement énergique afin d'nbte- nir des durées de uie compatibles avec une exploitation industrielle. Les tech- niques mises au point consistent toutes, dans leur esprit, à injecter par u espace annulaire extérieur à la tuyère un corps, liquide, gazeux... qui soit l'objet d'une réaction fortement endothermique à sa sortie dans le convertisseur et provoque-ainsi un effet de refroidissement très prononce.Cette réaction endothermique peut être, entre autres exemples, la dissociation thermique d'un hydrocarbure ou le changement d'etat d'un corps,le plus souvent la vaporlsat n d'un liquide. Dans cette dernière catégorie un produit est apparu particulière- ment séduisant,en raison notamment de sa relative stabilité chimique dans ces conditions, il s'agit de l'annydride carbonique liquide, qui a fait l'objet d'un certain nombre d'expérimentations. Toutefois la mise en oeuvre pratique de set agent de refroidissement s'est heurtée à quelques difficultés en raison, de la basse température du produit et de sa faculté, du fait de son diagramme d'équilibre, de passer-de l'état liquide à l'état solide dans les conditions d'utilisation. Par ailleurs, il est nécessaire de maintenir en fonctionnement un débit de C02 liquide déterminé pour assurer la protection de la tuyère et en éviter l'usure. Or, on s'est aperçu que pour certaines conditions de fonctionnement, notamment dans le cas d'un bouchage même partiel de la tuyere, ce débit n'était plus assuré et que l'usure de la tuyère s'accélérait. Ceci était dû à une pression d'utilisation trop faible de ltanhydride carbonique qui ne permettait ni d'empêcher l'obstruction de la tuyère ni de la supprimer. Le but de la présente invention est de fournir un procédé et les moyens techniques pour assurer l'alimentation avec un débit déterminé des tuyères utilisées dans le cadre de l'affinage de la fonte par le fond du convertisseur. A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé d'alimentation de l'espace annulaire de protection des tuyères, refroidies par lianhydride carbonique liquide, à partir d'une source de CO2 liquéfié dans lequel on prélève un débit déterminé constant de C02 liquide à une pression déterminée, on élève la pression du C02 liquide prélevé et on injecte ce C02 liquide à pression supérieure et à débit constant dans l'espace annulaire de protection. L'invention a egalement pour objet un circuit d'alimentation des tuyères comprenant un réservoir de CO2 liquide, au moins un organe pour le prélèvement d'un débit constant de liquide et pour en élever la pression, au moins une tuyère et des conduites de raccordement, dans lequel organe de prélèvement est raccordé au réservoir de C02 liquide par au moins une conduite susceptible d'être alimentée en C02 gazeux à basse température prélevé à la partie supérieure du réservoir par l'intermédiaire d'un raccordement à vanne et en CO2 liquide par un raccordement à vanne branché à la partie inférieure du réservoir et dans lequel le diamètre des orifices et des conduites situés en aval de l'organe de prélèvement est inférieur au diamètre des orifices et des conduites situes en amont dudit organe. Selon une caractéristique de l'invention l'organe de prélèvement est une pompe doseuse piston et le circuit d'alimentation comprend une tubulure d'alitentation du cylindre dans lequel se déplace le piston et un circuit assurant le refroidissement et l'étanchéité du palier de piston Dans ce dernier cas il est bien évident que les deux circuits peuvent également être alimentés en C02 gazeux st en C02 liquide. On comprend que le problème qui se posait était de fournir au niveau de la tuyère un debit de C02 liquide suffisant pour assurer la protection de la tuyère et de maintenir ce débit constant quelles que soient les caractéristiques de la -uyère. En effet celle-ci peut avoir une longueur variable et en particulier s:user lentement en même temps que le fond, elle peut avoir un diamètre variable, elle peut même se boucher partiellement. D'autre part les conditions pratiques d'utilisation de l'anhydride carbonique dans ce contexte font que l'on peut aborder le domaine du diagramme de transformation où le liquide est susceptible de donner naissance à du solide.On comprend que l'on risque alors des bouchages ou des obstructions,tant au niveau des canalisations que du corps de pompe. Par ailleurs tout échauffement favorise bien entendu la transformation du liquide en vapeur ce qui entraine un certain nombre d'inconvénients, notamment le désamor çage de la pompe. L'ensemble de ces problèmes a été résolu par le demandeur en procédant à un certain nombre d'adaptations du circuit d'alimentation et de la pompe. En ce qui concerne le maintien du débit de CO2 liquide à la sortie de la tuyère il a été obtenu en élevant la pression d'injection du CO2 liquide dans la tuyère. Ce résultat peut être atteint par diverses techniques mais la plus commode s'est avérée être l'utilisation d'une pompe doseuse à piston qui peut fournir des pressions de l'ordre de 70 bars. La vaporisation quant a elle peut être provoquée par tout échauffement en un point quelconque du circuit de distribution. Le point critique à ce point de vue se situe au niveau de la pompe où le déplacement du piston engendre une dissipation de chaleur. Une solution à ce problème a été apportée par le demandeur en alimentant le palier de la pompe en COZ liquide. D'une part on refroidit ainsi le cylindrique et d'autre part on assure l'étanchéité par le meme fluide que celui qui est pompe, ce qui évite toute introduction d'impuretés parasites. Le refroidissement peut d'ailleurs être améliore en utilisant un piston creux. Enfin, la formation de C02 solide, qui est favorisee par une detente du gaf, a été evitée en utilisant des sections de conduites variables. C'est ainsi que tous les orifices et conduites situes en aval du piston et de la chambre de pompage sont de diamètre inférieurs à ceux rencontrés en amont. Ceci est également vrai pour l'orifice du palier par lequel est évacue le C02 de refroidissement. De plus une procédure de mise en marche a été introduite qui permet d'éviter ces inconvénients dans la phase initiale de-fonctionnement. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce la description qui suit donnée à titre d'exemple en regard des planches de dessin annexées sur lesquel les - la figure 1 est le schéma de l'ensemble de l'installation - la figure 2 est une vue en coupe d'une partie de la pompe L'installation comprend trois éléments essentiels, un reservoir à gaz carbonique liquide 1, une pompe doseuse 2, et une lance à double flux 3 disposée dans le fond d'un convertisseur 4. La lance 3 est constituée de façon connue par deux tubes concentriques définissant un conduit central par lequel est insufflé de l'oxygène, amene par le circuit 19, et un espace annulaire par lequel on injecte un agent refroidissant, le C02 liquide dans le cas présent.Ces trois éléments reservoir 1, pompe 2, et tuyère 3 sont reliés entre eux par un systeme de tuyauteries d'alimentation et de vannes que l'on décrira en partant du réservoir à C02 liquide 1. Ce réservoir contenant du C02 à 200C et 19 bars est équipe d'une vanne dans sa partie basse 5 et d'une vanne dans sa partie haute 6. Du fait d'une vaporisation permanente du C02 liquide on comprend que la vanne supérieure 6 fournira du C02 gazeux à 200C et la vanne inferieure du C02 liquide. Ces deux vannes sont branchées sur un raccord à quatres voies 7. Une tubulure 8 réuni t une des voies de sortie du raccord 7 au système de pompage de la pompe 2 et une seconde tubulure 9 relie la seconde sortie du raccord 7 au systeme de refroidissement du palier de la pompe. Une vanne 10 jouant le rôle de purge est branchée sur la tubulure 9. Le C02 liquide, aspiré par la pompe 2 est refoulé dans une conduite 11 et à travers un raccord à double sortie 12, vers l'espace annulaire de la tuyère 3. Un manomètre 13 branché sur la deuxième voie du raccord 12 permet de connaître à tout instant la pression du C02 liquide envoyé dans la tuyère. Une vanne de purge 14 est branchée en parallèle sur le circuit du manomètre. Après avoir refroidi le palier le C02 secondaire est évacué par une tubulure 15 à travers une vanne d'étranglement 16.Enfin l'organe de pompage comporte une soupape de sécurité 17 qui limitè la montée en pression à une certaine valeur qui est fonction des conditions d'utilisation. On peut eventuellement prévoir, par mesure de sécurité, un petit reservoir 18, muni d'un filtre, sur la tubulure 8. En cas de mauvais fonctionnement, le C02 liquide peut être sépare, par filtration, de la neige carbonique et le gaz carbonique "piégé" dans le réservoir, évitant ainsi un désamorçage de la pompe. On va maintenant decrire la partie de la pompe représentée sur la figure 2. Sur cette vue schématique on a représenté en 18 le corps du piston comportant un évidement central 19 pour diminuer la masse metallique à refroidir. Le piston 18 se déplace entre des bagues d'étanchéité en téflon 20 entre lesquelles est inséré un palier de refroidissement 21. Ainsi qu'il a été dit plus haut on note que le conduit d'arrivée du C02 liquide 22 est d'un diamètre superieur à celui du conduit d'evacuation 23. Pour fixer les idées si le diametre du conduit 22 est de 8 mm celui du conduit d'évacuation 23 sera de 5 mm. Afin dé rendre le mode de fonctionnement de l'installation plus clair on décrira maintenant la mise en route de l'installation. Dans un premier temps toutes les vannes etant fermees on ouvre un peu la vanne d'étranglement 16 et on ouvre totalement la vanne supérieure d'alimentation 6. Un courant de C02 gazeux froid parcourt alors les conduits 8 et 9, passe respectivement dans le cylindre de la pompe puis dans la tuyère, le courant du conduit 9 balayant le palier et refroidissant le cylindre. Ainsi, en maintenant ce balayage pendant un temps qui dépend de la structure de l'installation, on abaisse notablement la température des éléments constituant le circuit d'alimentation tuyère comprise.Ensuite on ouvre la vanne 5 et on introduit du C02 liquide dans le circuit, d'où un nouvel abaissement de la temperature. On peut alors mettre la pompe en route et ouvrir en grand la vanne d'étranglement 16 pour obtenir une circulation maximale de C02 liquide dans le palier. Ensuite on regle progressivement la fermeture de la vanne d'étranglement pour obtenir le debit le plus favorable qui a éte défini expérimentalément pour le type de pompe utilisé. Simultanément on constate une montée en pression du C02 liquide à la sortie de la pompe et l'apparition de liquide à la sortie de la tuyère.Finalement la pression monte à la sortie de la tuyere jusqu'à une valeur d'equilibre qui dépend des dimensions géométriques de l'espace annulaire, jeu et longueur notamment. On peut alors considérer que l'installation a pris son régime de croisière et peut être mise en operation. L'explication du fonctionnement et la description n'ont été fait qu'avec une tuyère mais il est évidemment possible d'alimenter plusieurs tuyeres simplement en branchant en parallèle plusieurs circuits distincts et plusieurs pompes alimentés par le meme réservoir de C02 liquide. Avec les structures décrites et moyennant le processus de mise en marche mentionne, on a pu faire fonctionner l'installation dans des conditions très satisfaisantes sans -formation de C02 solide et sans désamorçage de la pompe. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour alimenter en anhydride carbonique liquide l'espace annulaire de protection d'une tuyere, à partir d'une source de C02 liquéfié, caractérisé en ce que l'on prélève un débit déterminé constant de C02 liquide à une pression definie correspondant à celle de la source, que l'on élève la pression du C02 liquide prélevé et que l'on envoie ce CO2 liquide a pression supérieure et à debit constant dans l'espace annulaire de protection. 2 - Circuit pour alimenter en anhydride carbonique liquide l'espace annulaire de protection d'une tuyère comprenant un réservoir de C02 liquide, au moins un organe pour le prélèvement d'un débit constant de liquide et pour en élever a pression, au moins une tuyère et des conduites dè raccordement caractérisé en c que l'organe de prélèvement est raccordé au réservoir de C02 liquide par au moins une conduite susceptible d'être alimentée en C02 gazeux à basse temperatiure prélevé par l'intermédiaire d'un raccordement a vanne à la partie supérieure du réservoir et en C02 liquide par un raccordement à vanne branché a la partie inférieure du réservoir et en ce que le diamètre des orifices et des conduites situés en aval de l'organe de prélèvement est inférieur au diamètre des orifices et des conduites situés en amont dudit organe. 3 - Circuit d'alimentation selon la revendication 2 caractérisé en ce que, l'organe de prélèvement etant une pompe doseuse à piston mobile dans un cylindre, le circuit d'alimentation comprend deux conduites susceptibles d'être alimentées en C02 gazeux et en C02 liquide, la première aboutissant au cylindre de preleve- ment, la seconde alimentant le palier d'étanchéité du piston pour assurer le refroidissement de ces deux éléments.