Brevet FR2601472A1 — publié le 19880115

Dispositif d'injection de gaz dans un récipient de métal en fusion. L'invention concerne un dispositif d'injection de gaz dans un récipient de métal en fusion, comprenant une brique d'injection qui est située audessus d'une ouverture d'admission de gaz et 15 sur laquelle est prévu un agencement déclenché par une augmentation de température due à l'usure de la brique d'injection à un niveau résiduel, et un dispositif de mesure du débit de gaz. La demande de brevet DE n 32 40 097 décrit un dispositif d'injec20 tion de gaz, dans lequel une couche de matériau de remplissage en forme de granulés est prévue. Le matériau de remplissage présente un point de fusion qui est inférieur à la température du métal en fusion. Si, après usure de la brique d'injection de gaz, du métal en fusion parvient dans le matériau de remplissage, ce dernier fond, 25 ce qui forme un bouchon empêchant une percée du métal en fusion. Toutefois, le bouchon interrompt également le passage du gaz, si bien qu'une injection ultérieure de gaz n'est plus possible. On connaît également un dispositif d'injection de gaz dans lequel 30 on utilise, pour signaler une usure importante de la brique d'injection, le fait que le débit de gaz augmente en cas d'usure. L'indication d'une augmentation du débit de gaz due à une usure doit 260 1 47' s'accompagner de l'arrêt de l'arrivée de gaz, étant donné qu'il n'est pas approprié d'alimenter une brique largement usée par des débits de gaz élevés. La demande de brevet DE n 34 24 466 décrit un dispositif d'injection de gaz dans lequel des électrodes d'un circuit électrique sont placées dans une brique d'injection de -gaz. En cas d'élévation de température due à une usure, les extrémités des électrodes sont censées fondre en établissant un contact électrique entre les élec10 trodes, ce qui provoque la fermeture du circuit électrique. Une indication électrique d'usure n'assure toutefois pas une poursuite de l'injection en cas d'usure importante de la brique d'injection. Il est en outre défavorable de devoir placer les électrodes se trouvant dans la brique d'injection dans une sonde. 15 La demande de brevet EP n 82078 décrit également un système électrique d'indication d'usure. Le métal en fusion doit ici, du fait de sa conductibilité électrique, relier des électrodes d'un circuit électrique, placées à plusieurs hauteurs dans une 20 brique d'injection. Le débit de gaz s'accroît ici également lorsque l'usure augmente, si bien qu'une poursuite de l'injection ne peut être assurée après une usure considérable. Le dispositif part en outre du principe qu'aucune couche électriquement isolante ne doit se former autour des électrodes, ce qui, dans la pratique, 25 est difficile à réaliser. L'invention a pour objet de proposer un dispositif d'injection de gaz du type initialement mentionné qui indique une usure considérable de la brique d'injection de gaz et permet ensuite une injec30 tion ultérieure ou poursuite de l'injection avec un débit réduit. Conformément à l'invention, l'objectif ci-dessus est réalisé 260 1 472 1 dans un dispositif d'injection de gaz du type initialement mentionné, par le fait que l'agencement déclenché par une augmentation de température due à l'usure de la brique réduit, lors d'une usure de la brique d'injection à un niveau résiduel, la section de passage de gaz à une valeur moindre. Lors d'une usure considérable de la brique d'injection, l'agencement réduit automatiquement la section de passage de gaz du fait de l'augmentation de température agissant sur lui. Le débit de gaz 10 se réduit ainsi considérablement à une valeur minimale. Le passage de gaz n'est toutefois pas entièrement interrompu. Il est ainsi possible, de continuer à injecter même après une usure de la brique d'injection, la pression de gaz dans la conduite d'amenée raccordée au dispositif d'injection de gaz pouvant être augmentée 15 pour l'injection ultérieure. Selon une configuration avantageuse de l'invention, il est prévu, entre un cône de sûreté et un cône d'usure d'une brique d'injection de gaz en deux parties, une couche de granulés qui ne recouvre 20 qu'une surface partielle importante du cône de sûreté, et le cône de sûreté et le cône d'usure sont directement adjacents, sans granulés intermédiaires, sur une surface restante, les granulés fondant lors de l'usure du cône d'usure et formant-un bouchon dans la zone de la surface partielle. Au cours de l'usure du 25 cône d'usure de la brique d'injection de gaz, la température des granulés augmente. Lorsque la température augmente, ces derniers fondent et forment un bouchon devenant de plus en plus compact entre le cône de sûreté et le cône d'usure, si bien que le débit de gaz se réduit. Lorsque seule la surface restante est encore 30 disponible pour le passage du gaz, le débit de gaz est alors certes minimal, mais permet toutefois une poursuite du processus d'injection de gaz. Le débit de gaz réduit indiqué sur un débitmètre permet de détecter l'état d'usure avancé. 260 1 472 1 Selon une autre configuration avantageuse de l'invention, l'ouverture d'admission de gaz comporte un dispositif de soupape avec un corps de soupape qui est maintenu en position d'ouverture par un fusible, et le fusible fond en cas d'élévation de température 5 due à une usure de la brique d'injection à un niveau résiduel, le corps de soupape se plaçant alors en position de fermeture dans laquelle un débit réduit de gaz passe dans le dispositif de soupape. Ici également, le débit de gaz est fortement réduit automatiquement lors d'une usure importante, ce qui peut être 10 interprété à l'aide d'un débitmètre destiné à indiquer l'usure. Toutefois, le passage de gaz n'est réduit que de manière à ce qu'une injection ultérieure soit encore possible. D'autres configurations avantageuses de l'invention ressortent 15 de la description suivante de plusieurs modes de mise en oeuvre illustrés par les dessins, sur lesquels: la figure 1 représente un dispositif d'injection de gaz avec une brique d'injection de gaz en deux parties et une couche intermédiaire de granulés, la figure 2 la figure 3 25 la figure 4 la figure 5 la figure 6 représente dispositif représente dispositif représente représente dispositif représente une brique d'injection de gaz avec un de soupape, une vue de dessus d'une étoile porteuse du d'injection de gaz selon la figure 2, une coupe suivant IV-IV de la figure 3, une brique d'injection de gaz avec un autre de soupape, un siège de soupape du dispositif de soupape selon la figure 5, les figures 7 à 10 représentent des vues partielles d'autres dispositifs de soupape. 1 Le fond 1 d'un récipient de métal en fusion comporte une brique d'injection de gaz 2 qui est constituée d'un matériau céramique, perméable au gaz. La brique d'injection de gaz 2 est montée dans une enveloppe de tôle 3. Sous la brique d'injection de gaz 2, 5 un espace de distribution du gaz 4 est prévu avec une ouverture d'admission de gaz 5. Une conduite de gaz 6 est raccordée à cette dernière. Un débitmètre de gaz 7 est monté dans la conduite de gaz 6. Un manomètre 8 est raccordé à la conduite de gaz 6. Un dispositif d'augmentation de pression 9 avec limiteur de pression 10 est monté en amont du débitmètre de gaz 7 et un dispositif d'avertissement 10 peut être raccordé au dispositif 9. Dans les modes de mise en oeuvre selon les figures 2 à 10, les dispositifs 7 à 10 ne sont pas représentés. Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 1, la brique d'injection de gaz 2 est composée d'un cône d'usure 11 qui est placé au-dessus d'un cône de sûreté 12. Le cSne de sûreté 12 présente sur son côté qui est tourné vers le cône d'usure ll une cavité 13 formant une chambre 14 entre le cône d'usure ll et le cône 20 de sûreté 12. La chambre 14 est remplie de granulés 15. Elle est entourée d'un bord 16. La superficie qu'occupe la chambre 14 (surface partielle importante) est considérablement plus grande que la superficie qu'occupe le bord-16. Les granulés 15 sont constitués de tessons de porcelaine, de verres volcaniques contenant de l'eau, de métaux ou d'alliages. Parmi les verres volcaniques, l'obsidienne avec une teneur en eau de 1 à 2%, la perlite avec une teneur en eau de 3 à 4% ou le pechstein avec une teneur en eau supérieure à 4% sont par exemple 30 appropriés. Parmi les métaux, le Sn, Pb, Zn, Mg, Al, Cu ou d'autres sont possibles. On choisit des granulés 15 dont le point de fusion est inférieur à celui du métal en fusion contenu dans le récipient. 260 1 472 1 Au cours de l'usure du cône d'usure 11, la hauteur de- ce dernier diminue. Cela provoque une élévation de la température des granulés 15, si bien qu'ils fondent progressivement. Les granulés fondus 15 pénètrent alors dans le c8ne de sûreté 12 ou dans le cône 5 d'usure ll également. Il se forme ainsi dans la zone de la chambre 14 un bouchon qui réduit fortement le passage du gaz du cône de sûreté 12 dans le cône d'usure 11. Lorsque les granulés 15 sont fondus, le passage de gaz ne s'effectue plus que dans la zone du bord 16. Le débit de gaz fortement réduit peut être lu 10 sur le débitmètre 7. Cela constitue une indication de l'usure du cône d'usure 11 jusqu'à un niveau résiduel. Pour poursuivre le processus d'injection, la pression de gaz peut être augmentée dans certaines limites à l'aide du dispositif d'augmentation de pression 9. Le processus d'injection de gaz dans le métal 15 en fusion se trouvant dans le récipient peut donc être poursuivi en cas de besoin. Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 2, la brique d'injection de gaz 2 repose sur une étoile porteuse 17 qui repose elle20 même sur une plaque de fond 18 en céramique, étanche au gaz. Un espace de distribution de gaz 4 est réalisé dans cette dernière. Un siège de soupape 19 est formé dans la plaque de fond 18, au niveau de l'ouverture d'admission de gaz 5. L'étoile porteuse 17 présente plusieurs bras 20 et un anneau extérieur 21. Un manchon 25 de positionnement 22 est réalisé au centre de l'étoile porteuse 17. Une broche 24 est fixée dans le manchon de positionnement 22 à l'aide d'une jonction par brasage 23 agissant en tant que fusible. Un corps de soupape 25 qui est logé dansle siège de soupape 19, est raccordé à la broche 24. Le corps de soupape 25 est composé 30 d'un matériau céramique, perméable au gaz. Le siège de soupape 19 est muni d'une glaçure. La surface du corps de soupape 25 qui est tournée vers le siège de soupape 19 peut également être munie d'une glaçure. 260 1 47? L'étoile porteuse 17 est composée de cuivre, d'aluminium, d'acier ou d'alliages, par exemple. Le manchon de positionnement 22 peut être composé du même matériau ou être fabriqué en SiC, en Si métal, ou en cermet. Il en va de même pour la broche 24. La jonction par brasage 23 agissant en tant que fusible peut être composée de métal de brasage. Toutefois, elle peut également être constituée de colles à fusion organiques ou de substances anorganiques, telles que As, AlF3, MoS, NH4Cl avec une température de sublimation définie. Des verres phosphatés, par exemple, sont adaptés pour la 10 glaçure. Lorsque la brique d'injection de gaz 2 est faiblement ou pas du tout usée, la jonction par brasage 23 maintient la broche 24 de telle sorte que le corps de soupape 25 soit dégagé du siège 15 de soupape 19. Le gaz d'injection peut donc s'écouler librement dans l'espace de distribution de gaz 4 et à travers la brique d'injection de gaz 2. Lorsque la brique d'injection de gaz 2 est usée jusqu'à un niveau 20 résiduel, la température de l'étoile porteuse 17 bonne conductrice de chaleur est alors montée à un niveau tel que la jonction par brasage 23 cède. Le corps de soupape 25 est alors pressé de façon hermétique sur le siège de soupape 19, soit sous l'action d'un ressort de pression 26, soit uniquement par la pression du gaz, 25 si bien que le flux de gaz est réduit fortement pratiquement brusquement. Il n'est pas interrompu entièrement, étant donné que le corps de soupape 25 est perméable au gaz. La glaçure fait coller le corps de soupape 25 dans le siège de soupape 19. Cela constitue une sécurité supplémentaire contre une percée du métal 30 en fusion. La réduction brusque du débit de gaz est indiquée par le débitmètre 1 de gaz 7. La pression de gaz peut être augmentée pour la poursuite de l'injection du gaz dans le métal en fusion se trouvant dans le récipient. L'augmentation de la pression peut être surveillée sur le manomètre 8. La pression augmentée est à limiter à une 5 valeur maximale par l'intermédiaire du dispositif d'avertissement et du limiteur de pression. Dans le mode de mise en oeuvre selon les figures 5 et 6, un manchon de positionnement 22 est encastré dans la brique d'injection 10 de gaz 2 qui repose sur une bague 27. Une broche fusible 28 est placée dans ce manchon. La broche fusible 28 maintient une bille 29 formant un corps de soupape imperméable au gaz, écartée d'un siège de soupape 30 contre la force d'un ressort de pression 26. Le siège de soupape 30 est denté sur son pourtour (voir figure 15 6). Lors d'une usure de la brique d'injection de gaz 2 jusqu'à un niveau résiduel, la température dans la zone du manchon de positionnement 22 et de la broche fusible 28 a augmenté à un niveau tel 20 que cette dernière libère la bille 29 qui est alors pressée par le ressort de pression 26 sur le siège de soupape 30. La denture de ce dernier garantit qu'une quantité restante de gaz peut s'écouler vers la brique d'injection de gaz 2, même en position de fermeture de la bille 29, de sorte qu'une poursuite de l'injection 25 est possible avec augmentation de la pression du gaz. Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 7, une broche 31 est réalisée sur la bille 29. Elle est fixée sur le manchon de positionnement 22 à l'aide d'une jonction par brasage 23. Lors 30 d'une élévation de température due à une usure de la brique d'injection de gaz 2, le fusible brasé fond, si bien que, sous l'action du ressort de pression 26, la bille 29 est pressée sur le siège 1 denté de soupape 30 et la broche 31 glisse dans le manchon de positionnement 22. Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 8, une broche 5 32 qui présente une face inclinée 33 est fixée sur la brique d'injection de gaz 2 à la place du manchon depositionnement 22. La broche 31 de la bille 29 présente une face inclinée 34 correspondante. Les faces inclinées 33, 34 sont reliées entre elles à l'aide d'une jonction par brasage 23. Lors de l'usure de la brique 10 d'injection de gaz 2 jusqu'à un niveau résiduel, la jonction par brasage 23 cède, si bien que, sous l'action du ressort de pression 26 ou uniquement par la pression du gaz, les deux faces 33, 34 se déplacent de telle sorte l'une par rapport à l'autre que la bille 29 se place sur le siège denté de soupape 30. 15 Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 9, un système à bilame est prévu au lieu d'un fusible. Un manchon de positionnement 22 est placé sur la brique d'injection de gaz 2. Une extrémité d'un bilame 35 courbé est fixée à l'extérieur de ce manchon. 20 L'autre extrémité porte une broche de blocage 36 qui s'engage dans le manchon de positionnement 22 et forme une butée pour la broche 31 de la bille 29. La broche 31 butant contre la broche de blocage 36 maintient la bille 29 dans sa position d'ouverture. Lors d'une élévation de température due à une usure, le bilame 25 35 se dilate, si bien que la broche de blocage 36 libère la broche 31. La bille 29 se place alors sur son siège de soupape 30. Ici également, le débit de gaz se réduit brusquement lors d'une usure de la brique d'injection de gaz 2. Dans le mode de mise en oeuvre selon la figure 10, un dispositif de soupape fonctionnant en tant que soupape de surpression est 1 représenté. Le fusible correspond à celui représenté à la figure 8. Le siège de soupape 37 est, dans le mode de mise en oeuvre de la figure 10, placé sur le c8té de la bille 29 qui est éloigné de la brique d'injection de gaz 2. Le ressort de pression 38 est en conséquence prévu sur le c8té de la bille 29 qui est proche de la brique d'injection de gaz 2. Tant que la jonction par brasage 23 résiste, le dispositif de soupape est entièrement ouvert. Lorsque la jonction par brasage 23 cède du fait de l'usure, le ressort de pression 38 presse la bille 29 sur le siège de soupa10 pe 37, si bien que le débit de gaz est réduit à une valeur moindre. Le ressort de pression 38 est dimensionné de telle sorte que lors d'une augmentation de la pression du gaz pour la poursuite de l'injection, le dispositif de soupape s'ouvre à nouveau partiellement. l1 REVENDICATIONS 1 1. Dispositif d'injection de gaz dans un récipient de métal en fusion, comprenant une brique d'injection qui est située au-dessus d'une ouverture d'admission de gaz et sur laquelle est prévu un agencement déclenché par une augmentation de température due à l'usure de la brique d'injection à un niveau résiduel, et un dispositif de mesure du débit de gaz, caractérisé en ce que l'agencement (14 à 16; 23, 28, 35) diminue la section de passage de gaz à une valeur réduite lors de l'usure de la brique d'injection de gaz (2) à un niveau résiduel. 2. Dispositif d'injection de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre un cône de sûreté (12) et un cône d'usure (11) d'une brique d'injection de gaz (2) en deux parties est disposée une couche de granulés (15) qui ne recouvre qu'une surface 15 partielle importante (14) du cône de sûreté (12) et en ce que le cône de sûreté (12) et le cône d'usure (11) sont directement adjacents, sans granulés intermédiaires, sur une surface restante (16), les granulés (15) fondant lors de l'usure du cône d'usure (11) et formant un bouchon dans la zone de la surface partielle 20 (14). 3. Dispositif d'injection de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture d'admission du gaz (5) comporte un dispositif de soupape avec un corps de soupape (25, 29) qui est 25 maintenu en position d'ouverture par un fusible (23, 28) ou un bilame (35) et en ce que le fusible (23, 28) ou le bilame (35) fond ou est dévié en cas d'élévation de température due à l'usure de la brique d'injection de gaz (2) à un niveau résiduel, le corps de soupape (25, 29) se plaçant alors en position de fermeture 30 dans laquelle une quantité réduite de gaz passe dans le dispositif de soupape. 260 1 472 1 4. Dispositif d'injection de risé en ce que le corps de perméable au gaz et repose (19) en position de fermeture. gaz selon la revendication-3, caractésoupape (25) est composé d'un matériau hermétiquement sur un siège de soupape 5. Dispositif d'injection de risé en ce que le corps imperméable au gaz et en un siège de soupape (30, 10 fermeture. gaz selon la revendication 3, caractéde soupape est formé d'un corps (29) ce qu'il existe entre ce dernier et 37) un passage de gaz en position de 6. Dispositif d'injection de gaz selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le corps de soupape (25) colle au siège de soupape (19) en position de fermeture. 15 7. Dispositif d'injection de gaz selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fusible (23, 28) est prévu entre une broche (24, 31) associée au corps de soupape (25, 29) et un manchon de positionnement (22) disposé sur la 20 brique d'injection de gaz (2). - 8. Dispositif d'injection de gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que le manchon de positionnement (22) est réalisé sur une étoile porteuse (17) pour la brique d'injection de gaz (2). 25 9. Dispositif d'injection de gaz selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fusible (23) est prévu entre une broche (31) associée au corps de soupape (29) et une broche (32) thermoconductrice fixée à la brique d'injection de 30 gaz (2) et en ce que le fusible (23) est disposé entre des faces 260 1 472 inclinées (33, 34) des broches (31, 32). 10. Dispositif d'injection de gaz selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fusible est formé d'une broche fusible (28) qui maintient le corps de soupape (29) en position d'ouverture. 11. Dispositif d'injection de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort (26) pousse 10 le corps de soupape (25, 29) en position de fermeture dans la direction du flux de gaz sur le siège de soupape (19, 30). 12. Dispositif d'injection de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un ressort (38) pousse 15 le corps de soupape (29) en position de fermeture en sens inverse du flux de gaz sur le siège de soupape (37).