Brevet FR2728336A3 — publié le 19960621

FR 2728336 A3 19960621 FR 9415271 A 19941220 MESURE EN CONTINU DE LA LONGUEUR D'UNE TUYèRE D'INJECTION. La présente invention est relative au contrôle de l'usure de tuyères qui traversent les parois de récipients métallurgiques contenant un métal fondu et qui servent à injecter un fluide de traitement dans ledit métal. L'érosion des réfractaires et des tuyères est en effet particulièrement élevée à proximité des points d'injection de gaz ou de liquide dans le récipient, c'est à dire à l'extrémité des tuyères d'injection. Un telle usure des tuyères d'injection a des incidences sur les débits de gaz ou de liquide de traitement et présente donc des conséquences métallurgiques significatives. Une telle usure des tuyères d'injection peut même conduire à une percée du récipient métallurgique. Or, L'usure des tuyères d'injection est difficile à prévoir a priori. Afin de déceler à temps l'usure des tuyères, il est donc utile sinon nécessaire de disposer d'un procédé et d'un dispositif qui permettent de mesurer en continu et en cours d'exploitation le niveau d'usure des tuyères, notamment l'évolution de la longueur des tuyères. On connaît un dispositif de contrôle d'usure de tuyère de récipient métallurgique qui comporte une pluralité de thermocouples associés à des moyens de mesure et insérés dans ladite tuyère à des profondeurs différentes et régulièrement échelonnées dans toute la zone d'usure possible ; les moyens de mesure sont adaptés pour détecter la rupture du thermocouple auquel ils sont associés. Pour procéder au contrôle d'usure de tuyère, grâce aux moyens de mesure, on associe la rupture d'un thermocouple à un niveau d'usure de la tuyère correspondant à la profondeur d'insertion dudit thermocouple et on suit ainsi l'usure de la tuyère par les ruptures successives des thermocouples. L'inconvénient du procédé est de délivrer une information discrète et échelonnée sur l'usure de la tuyère. Pour améliorer le procédé, on mesure également grâce aux thermocouples l'évolution de la température à leurs points d'insertion et, par étalonnage, on obtient ainsi un suivi quasi-continu de l'usure de la tuyère. La précision de ce dispositif et de ce procédé est liée au nombre de thermocouples implantés. L'inconvénient de ce dispositif réside dans la complexité de l'implantation d'un nombre suffisant de thermocouples et dans celle de la connectique associée. L'invention a pour but de suivre réellement en continu l'usure d'une tuyère de récipient métallurgique à l'aide d'un dispositif simple et fiable à installer et à mettre en oeuvre. L'invention a pour objet un procédé de mesure en continu de la longueur d'une tuyère d'injection d'un fluide dans un métal liquide contenu dans un récipient métallurgique, caractérisé en ce qu'on fixe longitudinalement sur ladite tuyère, une sonde résistive présentant au moins deux conducteurs parallèles isolés entre eux par un matériau réfractaire, interrompus et mis à nu à une extrémité de telle sorte que ladite extrémité affleure l'extrémité de la tuyère débouchant dans le métal liquide à l'intérieur dudit récipient, et connectés à l'autre extrémité à des moyens de mesure de résistance électrique, et en ce que, en cours d'utilisation de la tuyère, alors que le métal liquide contenu dans le récipient procure un contact électrique entre les extrémités affleurantes des conducteurs, on mesure la résistance électrique du circuit ainsi fermé qu'ils forment et on en déduit la longueur de ladite tuyère. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure en continu de la longueur d'une tuyère d'injection d'un fluide dans un métal liquide contenu dans un récipient métallurgique, ladite tuyère comportant au moins un tube d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde résistive présentant, d'une part, au moins deux conducteurs parallèles isolés entre eux par un matériau réfractaire, interrompus et mis à nu à une de leurs extrémités, ladite sonde résistive étant fixée le long dudit tube de telle sorte que l'extrémité mise à nu des conducteurs affleure l'extrémité dudit tube, et, d'autre part, des moyens de mesure de résistance électrique auxquels sont connectés les deux dits conducteurs par leur autre extrémité. L'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - ladite sonde résistive est positionnée à l'extérieur dudit tube. - ledit tube présente au moins une rainure longitudinale et ladite sonde résistive est insérée dans ladite rainure. - ladite tuyère comporte deux tubes concentriques ménageant entre eux un conduit périphérique destiné à l'injection d'un fluide de refroidissement dans le métal liquide. - ladite sonde résistive est positionnée à l'intérieur dudit conduit périphérique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes - la figure 1, qui schématise une paroi de fond de récipient métallurgique à l'état neuf équipé d'une tuyère et d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 qui schématise la même paroi de récipient métallurgique à l'état usagé; - la figure 3 qui schématise en coupe partiellement le dispositif selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement la paroi 1 de fond d'un réacteur métallurgique (par exemple un four électrique ou un convertisseur) d'aciérie, renfermant un métal (acier ou fonte) liquide 2 que l'on désire décarburer. Cette paroi 1 est constituée par une carcasse métallique 3 revêtue intérieurement d'une couche 4 en matériau réfractaire au contact avec le métal liquide au niveau de sa surface 5. La paroi 1 est équipée d'une multiplicité de tuyères 6 adaptées à l'insufflation de fluides de traitement, comme de l'oxygène, dans le métal liquide 2, dont une seulement est représentée sur la figure 1. D'une manière classique, la tuyère 6 est formée par deux tubes concentriques, un tube extérieur 7 et un tube intérieur 8, et des moyens de centrage du tube 8 dans le tube 7. Les deux tubes 7 et 8 débouchent à l'intérieur du réacteur métallurgique approximativement au niveau de la surface intérieure 5 de la paroi 1 et sont reliés à l'extérieur du réacteur métallurgique à des moyens d'alimentation en fluides de traitement. Les moyens de centrage peuvent être des nervures non représentées, ménagées dans la paroi externe du tube intérieur 8 et qui s'étendent radialement jusqu'à la paroi interne du tube extérieur 7. L'intervalle qui sépare les deux tubes 7 et 8 ménage un conduit périphérique et le tube intérieur 8 forme un conduit central de la tuyère 6. Selon l'invention, la tuyère 6 comprend également une sonde résistive 9 qui est solidaire de ladite tuyère 6 et s'étend sur toute sa longueur. Ladite sonde résistive 9 est de préférence positionnée à l'extérieur de ladite tuyère contre le tube extérieur 7. Selon une variante de l'invention, la sonde résistive 9 est fixée à l'intérieur dudit conduit périphérique. De préférence, le tube extérieur 7 comporte au moins une rainure longitudinale non représentée, qui sert à loger et à maintenir la sonde résistive 9 solidaire de la tuyère 6. La sonde résistive 9 présente par exemple un diamètre externe de l'ordre de 1,5 mm. Lors du montage de la sonde résistive 9 sur la tuyère 6, I'extrémité de la sonde résistive 9 orientée vers l'intérieur du réacteur métallurgique vient affleurer au niveau de l'extrémité débouchante des tubes 7 et 8. Selon l'invention, I'installation comporte encore des moyens 10 de mesure de résistance électrique connectés à l'autre extrémité de la sonde résistive 9. La sonde résistive 9 se présente sous la forme d'un câble électrique, présentant au moins deux conducteurs parallèles isolés entre eux par un matériau réfractaire électriquement isolant, interrompus et à nu à une extrémité et connectés à l'autre extrémité auxdits moyens 10 de mesure de résistance électrique de manière à pouvoir mesurer la résistance électrique entre les deux conducteurs. De préférence, et comme représenté partiellement à la figure 3, ledit câble est de type coaxial et se compose d'un conducteur central 11, entouré d'une gaine isolante 12 en matériau réfractaire, elle-même entourée d'une gaine métallique 13 servant de deuxième conducteur. Avantageusement, la gaine métallique consolide mécaniquement la sonde 9. De préférence, ledit matériau réfractaire est à base d'alumine. De préférence, ladite gaine métallique 13 est en acier. De préférence, ledit conducteur central 11 présente une résistance linéaire spécifique largement supérieure à celle de la gaine métallique 13. A titre d'exemple, la résistance linéaire spécifique du conducteur central 11 peut être voisine de 45 Ohms par mètre. Le conducteur central 11 peut être par exemple en matériau à base d'acier au bisiliciure de molybdène, tel que fourni par exemple par la Société KANTHAL. Selon une variante de l'invention, la sonde 9 comprend deux conducteurs filaires parallèles, isolés et soutenus par une gaine réfractaire. Ces deux conducteurs peuvent présenter une résistance linéaire identique. L'invention s'applique aussi au cas où la tuyère 6 ne comporte qu'un seul tube 7 d'injection de fluide de traitement. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le réacteur métallurgique contient du métal liquide 2 et les orifices des tuyères 6 débouchent dans le métal liquide 2. D'une manière classique, grâce aux moyens d'alimentation en fluides de traitement et par l'intermédiaire des tuyères 6, et afin de décarburer le métal liquide 2, on injecte dans le réacteur métallurgique d'aciérie à la fois de l'oxygène par le conduit central et un fluide refroidissant par le conduit périphérique desdites tuyères 6. Ce fluide refroidissant peut être par exemple du méthane, du propane ou du fioul. Avantageusement, la sonde résistive 9 est refroidie et n'est pas endommagée puisqu'elle est positionnée à l'extérieur du tube externe 7 ou, selon une variante de l'invention, dans le conduit périphérique même. Selon l'invention, à l'aide des moyens de mesure 10, on mesure la résistance électrique entre les deux conducteurs de la sonde résistive 9. Comme les deux conducteurs sont à nu à l'extrémité de la sonde résistive au contact du bain de métal liquide 2, le contact électrique est assuré entre les deux conducteurs à ladite extrémité par le bain métallique lui-même comme représenté à la figure 3 par les lignes de courant électriques 11. A l'endroit dudit contact électrique, le bain métallique peut être partiellement solidifié sous l'effet de l'injection à cet endroit du fluide de refroidissement. Ainsi, la résistance électrique mesurée correspond à la somme de la résistance de chaque conducteur de la sonde 9, qui, elle-même, est proportionnelle à leur longueur. Lorsque la sonde résistive 9 se présente, comme représenté à la figure 3, sous la forme d'un câble co-axial dont le conducteur central 11 présente une résistivité linéaire largement supérieure à celle de la gaine métallique 13, la résistance électrique mesurée correspond approximativement à celle du conducteur central 11. La nature des conducteurs et les moyens de mesure 10 sont adaptés et choisis d'une manière connue en elle-même pour que la résistance électrique des conducteurs soit très supérieure à celle du contact électrique assuré à leur extrémité par le bain métallique et pour que la tension électrique entre les deux conducteurs soit très supérieure aux tensions connues résultant d'effets thermiques, notamment la tension relative à l'effet SEEBECK. Ainsi, la résistance électrique mesurée est proportionnelle à la longueur de la sonde résistive 9. On constate que la résistance électrique mesurée diminue avec l'usure de la tuyère 6, c'est à dire que l'extrémité de la sonde résistive 9 continue d'affleurer l'extrémité de la tuyère 6 au fur et à mesure de son usure comme représenté à la figure 2. Avantageusement, en mesurant en continu la résistance électrique de la sonde résistive 9 pendant le fonctionnement du réacteur métallurgique, on évalue en continu d'une manière précise et fiable la longueur de la tuyère 6, c'est à dire son usure en cours d'exploitation. Sans se départir de la présente invention, le dispositif comprend des moyens de traitement des mesures de résistance électrique fournies par les moyens de mesure 10. Lesdits moyens de traitement sont adaptés d'une manière connue en elle-même pour valider le résultat de la mesure et s'affranchir notamment de situations transitoires dans lesquelles le contact électrique n'est pas convenablement assuré à l'extrémité de la sonde résistive 9 par le bain métallique. Ces situations transitoires peuvent apparaître lorsque des particules solides en circulation dans le bain métallique et électriquement isolantes, notamment des particules réfractaires, viennent se positionner temporairement à l'extrémité de la sonde résistive 9. Lesdits moyens de traitement peuvent être également adaptés d'une manière connue en elle-même pour des étalonnages automatiques, notamment à l'occasion des changements de tuyère. On n'a décrit et représenté jusqu'ici qu'une tuyère équipée d'une sonde résistive connectée à des moyens de mesure de résistance électrique. Mais, bien entendu, il est souhaitable que toutes les tuyères installées sur le récipient métallurgique soient ainsi équipées. Selon une variante de l'invention, la sonde résistive 9 présente un canal interne de refroidissement qui débouche dans le bain de métal liquide, et, en cours d'utilisation, la sonde résistive est refroidie par injection d'un fluide de refroidissement dans ledit canal interne. Selon une autre variante de l'invention, du côté du débouché de la tuyère 6 dans le récipient métallurgique, les deux conducteurs de la sonde 9 ne sont pas mis à nu au moment de la mise en place de la sonde 9 le long de la tuyère 6, mais seulement au moment du remplissage du récipient métallurgique par du métal liquide, la mise à nu des conducteurs s'effectuant, par exemple, sous l'effet de la température. REVENDICATIONS 1- Procédé de mesure en continu de la longueur d'une tuyère d'injection d'un fluide dans un métal liquide contenu dans un récipient métallurgique, caractérisé en ce qu'on fixe à ladite tuyère (6), avant utilisation, une sonde résistive (9) présentant au moins deux conducteurs parallèles isolés entre eux par un matériau réfractaire, interrompus et mis à nu à une de leurs extrémités, de telle sorte que ladite extrémité affleure l'extrémité de la tuyère débouchant dans le métal liquide (2) à l'intérieur dudit récipient, et connectés à leur autre extrémité à des moyens (10) de mesure de résistance électrique, et en ce que, en cours d'utilisation de la tuyère (6), alors que le métal liquide (2) procure un contact électrique entre les deux extrémités affleurantes desdits conducteurs, on mesure la résistance électrique du circuit ainsi fermé qu'ils forment et on en déduit la longueur de ladite tuyère (6). 2- Dispositif de mesure en continu de la longueur d'une tuyère d'injection d'un fluide dans un métal liquide (2) contenu dans un récipient métallurgique, ladite tuyère comportant au moins un tube d'injection (7), dispositif caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sonde résistive (9) présentant, d'une part, au moins deux conducteurs (11, 13) parallèles isolés entre eux par un matériau réfractaire, interrompus et mis à nu à une de leurs extrémités, ladite sonde résistive (9) étant fixée le long dudit tube (7) de telle sorte que ladite extrémité affleure l'extrémité dudit tube (7) et, d'autre part, des moyens (10) de mesure de résistance électrique auxquels sont connectés les deux conducteurs (11, 13) par leur autre extrémité. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite sonde résistive (9) est placée à l'extérieur du tube (7). 4- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le tube d'injection (7) présente au moins une rainure longitudinale et en ce que la sonde résistive (9) est insérée dans ladite rainure. 5- Dispositif selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que la tuyère (6) comporte deux tubes concentriques (8, 7) espacés l'un de l'autre pour ménager entre eux un conduit périphérique, et en ce que la sonde resistive (9) est placée à l'intérieur dudit conduit périphérique. 6-. Dispositif selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que la tuyère (6) comporte deux tubes concentriques (8, 7) espacés l'un de l'autre pour ménager entre eux un conduit périphérique, et en ce que la sonde résistive (9) est placée à l'extérieur du tube externe (7).