Brevet FR2394610A1 — publié le 19790112

La présente invention concerne l'alimentation en C02 liquide 2 d'une tuyère métallurgique d'affinage d'un métal liquide, plus particulièrement mais non limitativement de tuyères placées dans le fond des convertisseurs d'aciérie. On sait que dans de nombreux procédés d'affinage de métaux liquides on souffle un gaz oxydant, souvent de l'oxygene pur, au moyen de tuyères ou de lances disposées dans les parois de réci-. pients métallurgiques ou pénétrant par leurs ouvertures. I1 en est ainsi notamment lors de l'élaboration placier ou autres alliages contenant du fer au convertisseur à soufflage par le.fond,,techni- que qui tend actuellement à se développer. On sait qu'il est nécessaire de protéger ces tuyères ou lances par un refroidissement énergique pour obtenir-une durée de vie acceptable. A cet égard, des résultats très intéressants ont enté obtenus avec des liquides injectés dans un espace annulaire de la tuyère ou de la lance, dont la décomposition ou/et la vaporisation apportent un refroidissement tout à fait remarquable.Le C02 liquide a donné des résultats particulièrement intéressants par son haut pouvoir refroidissant à basse température et parce que les produits de sa décomposition n'influent pas défavorablement sur la qualité du métal élaboré. On sait toutefois quelea mise en-oeuvre pratique de cet agent de refroidissement s'est heurtée à- quelques difficultés, en raison de sa basse température et de son diagramme d'équilibre présentant un point triple à 5,18 bars et 56160C qui peut conduire à l'existence simultanée des phases solide et gazeuse ou liquide et gazeuse dans les conduites. Des dispositions ont déjà été proposées pour éviter ces difficultés et pour assurer un débit déterminé de C02 liquide. On peut citer notamment à cet égard la demande de brevet français nO 76/24.242 déposée le 5.8.76. I1 arrive cependant encore que des perturbations soient provoquées dans l'écoulement régulier du C02 liquide, souvent par des bulles de C02 vaporisé dans différentes parties du circuit. La présente invention a pour but de supprimer ces perturbations et de fournir un débit régulier et bien déterminé de C02 liquide à chaque tuyère. A cet effet, l'invention a pour objet un procede pour alimenter l'espace de protection thermique d'une tuyère ou d'une lance métallurgique par un courant d'anhydride carbonique (C02) liquide (dit courant principal) à partir d'un réservoir sous pression contenant le C02 à la fois sous forme-liquide et sous forme gazeuse, au moyen d'une pompe volumétrique elle-même refroidie par un courant auxiliaire de C02 liquide prélevé dans le même réservoir pour éviter la vaporisation du C02 dans le circuit de pompage volumétrique, caractérisé par la combinaison des points suivants - Le courant principaL est soutiré continûment à la partie inférieure du réservoir par une première conduite reliée à l'aspiration de la pompe volumétrique et envoyé par ladite pompe soit à la tuyère ou lance à protéger pendant les périodes d'utilisation, soit à la partie supérieure du réservoir, par une première canalisation de retour, pendant les périodes de non-utilisation de la tuyère ou lance. - Le courant auxiliaire est soutiré par une seconde conduite, placée à un endroit différent de la partie inférieure du réservoir, circule dans les parties à refroidir de la pompe volumétrique, et retourne à la partie supérieure du réservoir par une seconde canalisation de retour. Le procédé peut comprendre en outre, en combinaison avec les caractéristiques précédentes, une étape de dégazage entre le point de prélèvement du courant principal à la partie inférieure du réservoir et l'aspiration de la pompe volumétrique, le courant de C 2 liquide débarrassé des bulles de C02 gazeux étant dirigé vers l'admission de la pompe volumétrique et le C02 gazeux recueilli lors de ce dégazage étant retourné à la partie supérieure du réservoir. L'invention a également pour objet une installation d'alimen tation de l'espace de protection thermique d'une tuyère ou d'une lance métallurgique par un courant de C02 liquide comprenant au moins un réservoir sous pression contenant le C02 à la fois sous forme liquide et sous forme gazeuse et une pompe volumétrique fournissant le débit désiré de C02 liquide elle-même refroidie par un courant auxiliaire de C02 liquide, caractérisée par la combinaison des éléments suivants - Le réservoir de C02 liquide est muni à sa partie inférieure d'au moins deux tubes de départ séparés horizontalement de telle sorte que d'éventuelles bulles de C02 gazeux remontant de l'un des tubes ne puissent perturber le départ du C02 liquide dans l'autre tube. - Le réservoir de C02 liquide est muni à sa partie supérieure d'au moins un tube de retour du C02 qui n'a pas été envoyé dans la tuyère ou lance, qu'il soit sous forme liquide ou gazeuse. - Une première conduite reliée à l'un des tubes de départ-du réservoir qui amène un courant dit principal de-C02 liquide a une 2 boîte de dégazage ou "déverseur" comportant un départ de .C02 liquide dégazé à sa partie inférieure et un départ de C02 gazeux à sa partie supérieure. - Une pompe volumétrique qui reçoit le courant principal de CO.2 dégazé et l'envoie dans une canalisation d'alimentation de la tuyère ou lance munie d'une vanne d'arrêt. - Une canalisation de retour du courant principal de C02 liquide munie d'un clapet de surpression qui relie la canalisation d'alimentation précédente juste en amont de la vanne d'arrêt à un tube de retour à la partie supérieure du réservoir. - Une canalisation de retour qui ramène le C02 gazeux dégazé 2 dans la bote de dégazage à un tube dé retour à la partie supérieure du réservoir. - Une deuxième conduite reliée à l'un des tubes de départ du réservoir qui amène un courant dit auxiliaire, ou de refroidissement, à un circuit de refroidissement de la pompe volumétrique. - Et une-canalisation de retour du courant auxiliaire de C02 à un tube de retour à la partie supérieure du réservoir. Dans le cas d'un convertisseur d'aciérie comportant plusieurs tuyères de soufflage, l'invention prévoit un réservoir de C02 sous pression et une pluralité de circuits tels que décrits ci-dessus, à raison d'un par tuyère. L'invention s'étend également à l'alimentation de toutes les tuyères d'une aciérie comportant plus d'un convertisseur. Elle comprend alors une installation telle que décrite ci-dessus pour chaque convertisseur,un réservoir principal sous pression de C02 liquide et une canalisation bouclée entre le réservoir principal et chaque réservoir de convertisseur (dit alors secondaire) dans laquelle un courant de C02 liquide circule en permanence pour maintenir chaque réservoir secondaire en état permanent de remplissage et de froid. On comprend donc que l'invention conduit à séparer le mieux possible le circuit principal de C02 liquide, celui qui alimente la tuyère, et les causes possibles de vaporisation du C02, ainsi que le trajet de retour du C02 gazeux au réservoir, de façon que le courant principal ne subisse aucune perturbation. Pour la même raison, l'invention prévoit de faire circuler en permanence le C02 liquide dans le circuit principal, même en dehors des périodes d'injection, pour éviter tout réchauffement qui risquerait de provoquer de la vaporisation lors de la reprise de l'injection. Bien entendu, ce système est applicable à toute sorte de tuyères ou de lances métallurgiques et on les désignera uniformément par "tuyère" dans ce qui suit. Les caractéristiques, particularités et avantages de l'invention apparaitront plus clairement par la description de l'exemple qui va être donné maintenant, à titre nullement limitatif, en se référant à la figure unique annexée qui représente schématiquement une installation d'alimentation en C02 liquide selon l'invention pour une tuyère de convertisseur d'aciérie. Sur la figure, on voit un circuit pour llalimentation d'une tuyère unique. Un réservoir de stockage 1, pressurisé et thermiquement isolé, contient du C02 liquide sous une pression de 18 bars. Au-dessus de la surface libre du liquide, se trouve du C02 gazeux en équilibre avec le liquide. Au fond du réservoir, sont placés deux tubes de départ 2 et 3 séparé s horizontalement de quelques centimètres. Une conduite 4 relie le tube 2 à une boite de dégazage 5 dans laquelle elle déverse au-dessus d'une cartouche filtrante 6, par son extrémité libre 7, un courant de C02 liquide. Si une certaine vaporisation de C02 se produit à ce niveau, il y a séparation automatique de la phase gazeuse et de la phase liquide dans la boîte . La phase gazeuse est retournée directement à la partie supérieur du réservoir 1 par une conduite 8. La phase liquide se rassemble à la partie inférieure de la boîte 5, où elle est reprise par une conduite 9 pour être amenée au clapet d'admission d'une pompe volumétrique à piston 10 d'un modèle connu. Comme il est déjà connu en soi, le palier 11 de la pompe 10 est refroidi par un courant auxiliaire de C02 liquide afin d'éviter toute vaporisation perturbatrice dans la pompe. Ce courant auxiliaire provient du tube de départ 3 par une canalisation 12 et retourne à la partie supérieure du reservoir par une canalisation de retour 13. I1 n'est pas nécessaire de prévoir de moyen de pompage dans ce circuit auxiliaire, car la circulation s1 établît naturellement par thermo-syphon en tant que de'besoin. Ce circuit auxiliaire étant destiné au refroidissement de la pompe, une certaine vaporisation de C02 est naturellement susceptible de sly produire, ce qui peut provoquer l'apparition de bulles gazeuses qui remontent dans la canalisation 12 jusqu'au réservoir.Grâce à l'espacement horizontal des tubes de départ 2 et 3, aucune pertur bation du courant de C02 liquide'aspiré par le tube 2 n'est provo guée par les bulles qui remontent dans le tube 3, lesquelles décan- tent jusqu'à la surface.- Le circuit principal constitué par les canalisations 4 et 9 et la pompe volumétrique 10 se prolonge par une canalisation-i4 qui va du clapet de refoulement 15 de la pompe -une vanne d'arrêt 16 qui commande l'accès à une autre canalisation 17 -conduisant -à la tuyère à alimenter, elle-même non représentée. Un clapet de surpression 18, normalement fermé, commande l'accès à une conduite de retour 19, qui retourne à la partie supérieure du réservoir 1. La pression est indiquéepar un manomètre 20. Lorsque la vanne 16 est ouverte, le debit fourni par la pompe 10 est envoyé vers la tuyère ; ce clapet 18 reste fermé. Si la vanne 16 est fermée ou si le circuit de la tuyère est obstrué, s'agissant d'une pompe volumétrique capiston, la pression augmente jusqu a ce que le circuit se débouche ou que le clapet de surpression 18 s'ouvre. Dans ce dernier cas, le débit de C02 liquide fourni par la pompe retourne au réservoir. Un point important dans le systeme selon l'invention est que la circulation de C02 liquide dans le circuit principal 4, 9, 10, 14 n'est jamais interrompue, ce qui diminue dans une proportion considérable les risques de perturbation par la présence de la phase gazeuse solide. Ceci est essentiel pour une bonne alimentation permanente de la tuyère, dont dépendent sa tenue et sa durée de vie en service. S'il y a plusieurs tuyères à alimenter, comme c'est le cas par exemple d'un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène pur par le fondas moyen de tuyères à double circuit concentrique, un seul réservoir 1 de capacité convenable peut alimenter plusieurs circuits semblables à celui qui vient d'être décrit, à raison de un par tuyère. I1 pourra n'y avoir qu'une boite de dégazage 5 pour tous les circuits, mais il sera souvent préférable d'en disposer une par circuit. Dans ce cas, les tubes de départ 2 conduisant à. ces bottes seront séparés horizontalement, de façon à ne pas risquer de se perturber l'un l'autre. I1 y aura naturellement une pompe 10, une vanne 16, un clapet 18 et un manolpètre 20 par tuyère. Par contre, le départ des circuits auxiliaires 3 et le retour au réservoir pourront sans inconvénient être communs à tous les circuits. Pour l'alimentation a'une aciérie comprenant deux ou plusieurs convertisseurs, il n'est généralement pas possible de n'utiliser qu'un seul réservoir. En effet, les canalisations pour aller aux tuyères des différents convertisseurs seraient beaucoup trop longues et les risques de vaporisation du C02 seraient trop importants. De plus, le nombre de tubes de départ à placer à la partie inférieure d'un réservoir unique serait également trop grand. On peut naturellement dans ce cas. réaliser autant d'installations conformes à l'invention qu'il y a de convertisseurs, avec chacune un réservoir indépendant. Une bonne solution consiste à disposer un réservoir général de forte capacité relié à chacun des réservoirs secondaires tels que 1 par un circuit bouclé partant de la partie inférieure du réservoir général et revenant à sa partie supérieure. Une circulation s'établit par thermo-syphon dans chaque boucle, maintenant le- niveau dans chacun des réservoirs secondaires. I1 suffit alors de remplir periodiquement le réservoir principal pour maintenir l'alimentation de l'ensemble de l'aciérie. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour alimenter l'espace de protection thermique d'une tuyère ou d'une lance métallurgique par un courant d'anhydride carbonique (CO > ) liquide (dit courant principal) à partir d'un réservoir sous pression contenant le C02 à la fois sous forme liquide et sous forme gazeuse, au moyen d'une pompe volumétrique elle-même refroidie par un courant auxiliaire de C02 liquide prélevé dans le même réservoir, pour éviter la vaporisation du C02 dans le circuit de pompage volumétrique, caractérisé par la combinaison des points suivants - Le courant principal est soutiré continument à la partie inférieure du réservoir par une première conduite reliée à l'aspiration de la pompe volumétrique et envoyé par ladite pompe soit à la tuyère ou lance à protéger pendant les périodes d'utilisation, soit à la partie supérieure du réservoir, par une première canalisation dearetour, pendant les périodes de non-utilisation de la tuyère ou lance. - Le courant auxiliaire est soutiré par une seconde conduite, placée à un endroit différent de la partie inférieure du réservoir, circule dans les parties à refroidir de la pompe volumétrique, et retourne à la partie supérieure du réservoir par une seconde canalisation de retour. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre par l'interposition d'une étape de dégazage entre le point de prélèvement du courant principal à la partie inférieure du réservoir et l'aspiration de la pompe volumétrique, le courant de C02 liquide débarrassé des bulles de CÔ2 gazeux étant dirigé vers l'admission de la pompe volumétrique et le C02 gazeux.recueilli lors de ce dégazage étant retourné à la partie superieure du réservoir. 3 - Installation d'alimentation de l'espace de protection thermique d'une tuyère ou d'une lance métallurgique par un courant de C02 liquide comprenant au moins un réservoir sous pression contenant le C02 à la fois sous forme liquide et sous forme gazeuse et une pompe volumétrique fournissant le débit désiré de C02 liquide elle-même refroidie par un courant auxiliaire de C02 liquide, caractérisée par la combinaison" des éléments suivants - Le réservoir de C02 liquide est muni à sa partie inférieure d'au moins deux tubes de départ séparés horizontalement de telle sorte que d'éventuelles bulles de C02 gazeux remontant de l'un des tubes ne puissent~perturber le départ du CO2 liquide dans l'autre tube. - Le réservoir de C02 liquide est muni à sa partie supérieure d'au moins un tube de retour du CO2 qui n'a pas été envoyé dans la tuyère ou lance, qu'il soit sous forme liquide ou gazeuse. - Une première conduite reliée à l'un des tubes de départ du réservoir qui amène un courant dit principal de C02 liquide à une boite de dégazage ou "déverseur" comportant un départ de C02 liquide dégazé à sa partie inférieure et un départ de C02 gazeux à sa partie supérieure. - Une pompe volumétrique qui reçoit le courant principal de CO2 dégazé et l'envoie dans une canalisation d'alimentation de fa tuyère ou lance munie d'une vanne d'arrêt. - Une canalisation de retour du courant principal de C02 liquide munie d'un clapet de surpression qui relie la canalisation d'alimentation précédente -juste en amont de la vanne d'arrêt à un tube de retour à la partie supérieure du réservoir. - Une canalisation de retour qui ramène le C02 gazeux dégazé dans la boite de dégazage à un tube de retour à la partie supérieure du réservoir. - Une deuxième conduite reliée à l'un des tubes de départ du réservoir qui amène un courant dit auxiliaire, ou de refroidissement, à un cirait de refroidissement de la pompe volumétrique. - Et ne canalisation de retour du courant auxiliaire de C02 à un tube de retour à la partie supérieure du réservoir. 4 - Installation selon la revendication 3, pour l'alimentation des tuyères d'affinage d'un convertisseur d'aciérie, caractérisée en ce qu elle comprend un réservoir de C02 sous pression et une pluralité de circuits tels que décrits par la revendication 3, à raison d'un par tuyère. 5 - Installation selon la revendication 3 ou 4, pour l'alimentation des tuyères des convertisseurs d'une aciérie, caractérisée en ce qu'elle comprend une installation telle que décrite par la revendication 3 ou 4 pour chaque convertisseur,un réservoir princi pal sous pression de COi liquide et une canalisation bouclée entre L le réservoir principal et chaque réservoir de convertisseur (dit alors secondaire) dans laquelle un courant de C02 liquide circule en permanence pour maintenir chaque réservoir secondaire en état permanent de remplissage et de f-roid.