Brevet FR2903478A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne un procédé de chauffage d'une charge à l'aide d'une flamme engendrée par une lance et/ou un brûleur et notamment une lance et/ou un brûleur à flamme orientable comportant au moins un canal d'injection d'au moins un jet principal de comburant et/ou de combustible et/ou d'un prémélange comburant et combustible. La très grande majorité des fours ou des chaudières industrielles utilisent des brûleurs qui fonctionnent en régime de combustion non pré-mélangé, c'est à dire dans lequel le comburant et le combustible arrivant séparément jusqu'au lieu de combustion. Le mélange du combustible et du comburant est alors réalisé, en partie (utilisation d'un bloc ouvreau ou d'une préchambre) ou en totalité, à l'intérieur de la chambre de combustion. Ce mélange est contrôlé par les paramètres de conception et de fonctionnement du brûleur, et détermine les performances du brûleur (domaine de fonctionnement, transfert de chaleur à la charge à chauffer et/ou émission de polluants). En pratique on détermine à la conception du brûleur les conditions d'interaction des différents jets ou écoulements de comburant et de combustible mis en oeuvre par le brûleur. Une fois le brûleur réalisé, seules les conditions de fonctionnement peuvent être modifiées. Ceci est également vrai pour les brûleurs dits à prémélange dans lesquels le mélange comburant/combustible est réalisé en amont de l'injection dans le brûleur constitué d'un tube unique d'injection. Les conditions d'exploitation des procédés industriels peuvent évoluer dans le temps. C'est par nature le cas des procédés intermittents mais c'est aussi le cas des procédés continus pour lesquels les caractéristiques des charges à chauffer peuvent varier suivant les besoins de production. C'est plus généralement le cas de toute unité de production soumise au vieillissement ou sensible aux conditions variables de leur environnement. Pour adapter les performances des brûleurs à des conditions variables de fonctionnement l'opérateur dispose le plus souvent que de deux paramètres : la 2903478 2 puissance de fonctionnement du brûleur et le niveau d'excès d'oxydant (surstoechiométrie d'oxygène). Certaines technologies de combustion permettent cependant des modes discrets de fonctionnement. C'est par exemple le cas des brûleurs dits à double impulsion qui utilisent deux 5 systèmes d'injection différents suivant que l'on veut opérer le brûleur à basse ou à haute impulsion. Ces deux modes de fonctionnement permettent d'augmenter le domaine de fonctionnement ou d'utilisation du brûleur. Cependant, les modifications du point et/ou du mode de fonctionnement sont le 10 plus souvent insuffisantes pour optimiser dans toutes les conditions les performances des brûleurs ou des procédés utilisant ces brûleurs. Par exemple, l'introduction cyclique dans un four de fusion de matière solide à température ambiante va conduire l'opérateur (ou le système de régulation) à augmenter la puissance de chauffe de manière à obtenir la fusion la plus rapide possible (en 15 vue d'augmenter la productivité), mais sans dégrader pour autant la charge en fusion (qualité du produit) ni surchauffer le four (durée de vie des équipements). Ce compromis entre productivité et qualité et/ou durée de vie dépend notamment de la capacité du système à transférer l'énergie à la charge, en évitant des surchauffes locales de celle-ci ou des réfractaires du four. Ce 20 compromis se traduit par un temps de fusion en deçà duquel tout gain de productivité sera contre-balancé par une dégradation de la qualité du produit ou par la réduction de la durée de vie du four. Il est connu de WO-A-9744618 un brûleur comportant un jet central de 25 combustible entouré d'une pluralité de jets de comburants secondaires, eux-mêmes entourés d'une pluralité de jets tertiaires du même comburant. Par prélèvement d'une partie plus ou moins importante du comburant secondaire sur le comburant tertiaire, il s'ensuit une variation de la position et la forme de la flamme, liée à la diminution du débit d'un jet corrélativement compensée par 30 l'augmentation du débit d'un autre jet (jets secondaires et tertiaires). 2903478 3 Il est ainsi possible en fonctionnement de modifier la position de la flamme par rapport à la charge et ainsi d'augmenter ou de réduire le transfert de chaleur sans modifier la puissance du brûleur. 5 Cependant, la déflexion maximale de la flamme est limitée à environ 15 de la position médiane à la position extrême (30 au plus, au total), ne permettant pas à la flamme incidente de balayer une large surface de la charge, et la construction du brûleur correspondant est relativement lourde car trois orifices sont nécessaires pour fléchir la position de la flamme dans une direction 10 (combustible au centre, comburant aux extrémités). De plus, les propriétés de la flamme changent en fonction de sa position puisque les propriétés du mélange varient avec l'angle d'incidence (mélange externe au bloc brûleur), ce qui induit une variation des émissions 15 polluantes, de la qualité du transfert radiatif (luminosité de la flamme) et de la longueur de la flamme (position du pic de dégagement de chaleur). L'invention se propose de contrôler le chauffage d'une charge sans provoquer de surchauffe localisée ni de surchauffe dans la durée. 20 Selon l'invention, le chauffage de la charge est caractérisée en ce que dans une première phase, on dirige la flamme en direction de la charge et en ce que dans une deuxième phase, on dirige la flamme sensiblement parallèlement à la charge. De préférence, la lance et/ou le brûleur seront fixes, ce qui nécessite de 25 faire bouger la flamme par des moyens autres que mécaniques. Par exemple, pendant la première phase, l'angle d'injection de la flamme est compris entre environ 90 et 5 et en ce que pendant la deuxième phase l'angle d'injection de la flamme est compris entre 5 et 0 environ. De préférence, l'angle d'injection de la flamme pendant la première phase est compris entre 5 et 75 , de 30 préférence 25 et 45 . 2903478 4 Selon une variante, la flamme est de direction et/ou d'ouverture variable. Plus particulièrement, la flamme est créée par au moins un jet résultant de direction et /ou d'ouverture variable, ledit jet résultant de l'interaction entre au moins un jet de fluide principal et au moins un jet de fluide secondaire. De préférence, on 5 fait varier le rapport des débits d'au moins un jet principal et d'au moins un jet secondaire qui interagissent l'un avec l'autre, tandis que, plus préférentiellement, le changement de direction et/ou d'ouverture de la flamme résulte de la seule interaction d'au moins un jet principal et d'au moins un jet secondaire. 10 Selon une variante de l'invention applicable à la combustion, on réalise un brûleur et un procédé d'utilisation de celui-ci capables de permettre une modification de la résistance thermique entre la flamme et la charge en fonctionnement et de façon continue, de manière à augmenter le transfert de 15 chaleur à la charge, sans ajouter d'énergie dans le four, et sans dégrader la qualité de la charge fondue, en augmentant la productivité sans réduire la durée de vie du four. L'invention se propose également de contrôler un jet de fluide principal par 20 l'interaction avec un autre jet (dit jet actionneur), l'interaction entre les deux jets se produisant de préférence à l'intérieur des moyens délivrant ce jet principal (tube, ouvreau, etc...) avant que ledit jet principal ne débouche desdits moyens, ou éventuellement là où le jet principal débouche de ces moyens ou à proximité de ce lieu. 25 Le brûleur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection d'au moins un jet de fluide secondaire (2) débouchant dans ledit canal (3) ou à proximité de celui-ci et en ce que l'axe d'injection dudit jet de fluide secondaire (2) fait un angle > 0 avec l'axe d'injection du jet principal. Il 30 pourra également comporter des moyens pour contrôler la quantité de mouvement d'au moins un jet principal et/ou d'au moins un jet secondaire. Il pourra de préférence comporter également des moyens d'interaction pour faire 2903478 5 interagir au moins un jet de fluide principal et au moins un jet de fluide secondaire et engendrer un jet de fluide résultant de cette interaction dont la direction et/ou l'ouverture (et d'une manière plus générale la forme) sont variables. Selon une première variante, le brûleur comporte un ouvreau (par exemple en céramique) disposé à l'extrémité dudit canal d'injection, des moyens d'injection d'au moins un jet de fluide secondaire comportant au moins un canal d'injection dudit fluide au moins partiellement disposé à l'intérieur de l'ouvreau. 10 Selon une autre variante, le brûleur comporte au moins un canal d'injection de comburant et au moins un canal d'injection de combustible, disposés concentriquement, l'un parallèlement à l'autre. 15 Selon une autre variante, le brûleur comporte au moins un canal d'injection de comburant et au moins un canal d'injection de combustible, disposés indépendamment l'un de l'autre et de préférence parallèlement l'un à l'autre. Selon une autre variante, le brûleur est caractérisé en ce que le canal 20 d'injection d'au moins un jet principal comporte au moins une première partie disposée dans un bloc de matériau, ladite première partie débouchant sur au moins une première ouverture située sur l'une des faces ou surfaces du bloc. Selon une variante préférentielle de l'invention, le brûleur est caractérisé en ce 25 que le canal d'injection d'au moins un jet principal comporte au moins une seconde partie constituée d'un premier tube, de section quelconque, au travers duquel s'écoule au moins l'un desdits jets principaux. Selon une autre variante, le brûleur est caractérisé en ce que les moyens 30 d'injection d'au moins un jet de fluide secondaire comportent au moins une troisième partie de canalisation dans ledit bloc de matériau, ladite canalisation débouchant sur au moins une seconde ouverture. 5 2903478 6 Selon une autre variante, le brûleur est caractérisé en ce que au moins l'une des secondes ouvertures débouche sur l'une des faces du bloc de matériau, de préférence sur la face ou surface sur laquelle débouche au moins l'une des 5 premières ouvertures, plus préférentiellement à proximité de celle-ci. Selon une variante préférentielle de l'invention ,l'une au moins des secondes ouvertures débouche sur l'une au moins des premières parties de canalisations. 10 D'une manière générale, l'angle entre la direction d'au moins un jet principal et la direction d'au moins un jet secondaire, dans le sens d'écoulement de ces jets, est inférieur ou égal à 90 , lors de leur intersection. De préférence également, la distance (L sur la figure 1) entre l'une au moins 15 des premières ouvertures et l'une au moins des secondes ouvertures est inférieure ou égale à dix fois la racine carrée de la section s de sortie de la plus petite des premières ouvertures (L 10 I s), de préférence inférieure ou égale à cinq fois, plus préférentiellement trois fois cette section. 20 L'invention concerne également un procédé pour contrôler de façon dynamique ou active les performances d'un système d'injection de fluides ou de systèmes de combustion. L'interaction est de préférence réalisée à l'aide de jets secondaires (encore appelés jets actionneurs), venant impacter les jets primaires afin de modifier l'écoulement des jets primaires et secondaires et 25 produire un jet résultant dont la direction et/ou l'ouverture peuvent être modifiées en fonction des caractéristiques (notamment direction et quantité de mouvement) des jets primaires et/ou secondaires. Ce procédé peut être utilisé pour réguler en boucle fermée ou en boucle ouverte les performances d'un système de combustion ou plus généralement de procédés industriels mettant 30 en oeuvre des injections de jets fluides (liquides, gazeux ou dispersion solide). 2903478 7 Ainsi le procédé selon l'invention est un procédé d'injection d'au moins un jet de fluide résultant, caractérisé en ce qu'il consiste à : - injecter au moins un jet de fluide principal, - injecter au moins un jet de fluide secondaire, 5 - faire interagir au moins un jet de fluide principal avec au moins un jet de fluide secondaire de manière à engendrer au moins un jet résultant de cette interaction, ladite interaction permettant de faire varier la direction et/ou l'ouverture dudit jet résultant. 10 De préférence, le nombre de jets secondaires interagissant avec un jet principal pour obtenir l'effet désiré sur le jet résultant sera minimisé de manière à réduire le coût de fabrication de l'injecteur mais également le coût du système d'alimentation et de régulation des débits des fluides si l'on veut piloter les jets actionneurs de façon indépendante. Un effet mono-directionnel sera obtenu de 15 préférence avec un seul actionneur, l'effet rotationnel avec 4 jets actionneurs ou moins si on veut favoriser certains effets directionnels. (On définit la direction d'un jet comme étant un vecteur unitaire normal à la section de passage du fluide orienté dans le sens de l'écoulement, c'est-à-dire de l'amont vers l'aval). 20 Pour modifier la direction d'un jet résultant, on s'assurera que pour au moins une interaction jet principal/jet secondaire, les axes des écoulements correspondants soient coplanaires et que dans le plan défini par le centre d'inertie de la surface commune aux deux écoulements et par les directions des deux écoulements, ces dernières formant un angle compris entre environ 10 et 25 90 . De préférence, on choisira une incidence de 90 environ du jet secondaire sur le jet principal. Afin d'obtenir en pratique cette incidence, on préférera lorsque le jet auxiliaire s'écoule à travers une conduite que celle-ci ait une direction sensiblement perpendiculaire à celle de la canalisation du jet principal, sur une longueur f qui sera de préférence comprise entre 0,5 et 5 fois 30 l'épaisseur e (dimension dans la direction de l'écoulement du fluide principal) de ladite conduite (e est le diamètre de la conduite lorsque celle-ci est cylindrique). 2903478 8 Bien sûr, il est également possible que cette longueur f soit supérieure à 5e, mais cela n'apporte pas alors d'effet supplémentaire d'impact du jet secondaire sur le jet primaire. Par exemple, pour un brûleur avec une injection de combustible CXHy et une injection de comburant, on obtient au minimum f = 5 5 mm pour un brûleur de 100 KW et f = 50 mm pour un brûleur de 10MW. Selon une variante de l'invention, pour mettre en rotation un jet résultant (et ainsi changer son ouverture), on s'assurera, de préférence, qu'à l'endroit (centre d'inertie de la surface commune aux deux écoulements) où 10 interagissent le jet principal et au-moins un jet secondaire, d'une part, l'axe du jet secondaire appartient au plan P perpendiculaire en cet endroit à la direction principale, et d'autre part, l'angle entre la direction du jet secondaire et la tangente à la surface commune aux deux écoulements dans ce plan est compris entre 0 et 90 , de préférence entre 0 et 45 . 15 Pour obtenir à la fois un effet directionnel et rotationel, on combinera l'enseignement des paragraphes précédents. Pour obtenir une variation dynamique des effets directionnel et rotationel, on pourra par exemple prévoir plusieurs systèmes d'injection de jets secondaires, par exemple 20 progressivement décalés de l'axe du jet principal vers sa périphérie. Le jet secondaire axial ne permettra qu'un changement de direction de la flamme, un jet secondaire impactant le jet principal à proximité de sa périphérie permettant presque uniquement une ouverture du jet, tandis qu'une injection entre les deux permettra une combinaison des deux effets. En prévoyant des canalisations 25 séparées avec des vannes d'alimentation du jet secondaire, on peut ainsi changer la forme et la direction du jet principal par simple actionnement desdites vannes. La distance L entre la section de sortie d'un jet actionneur et la section de sortie 30 du jet principal de l'injecteur permet de contrôler l'impact des jets actionneurs sur le jet principal. Par exemple pour maximiser l'effet directionnel, on cherchera à minimiser cette distance. A l'opposé si l'on veut développer des 2903478 9 structures tourbillonnaires dans le jet principal de manière à augmenter l'ouverture du jet résultant, on augmentera cette distance L. Celle-ci restera cependant dans les limites définies ci-avant. 5 Selon une autre variante de l'invention, les moyens pour contrôler l'effet des jets actionneurs sur le jet principal seront constitués par des moyens de contrôle du rapport des impulsions des jets. Ce rapport est une fonction du rapport des sections du jet principal et des jets actionneurs, du rapport des débits dans les actionneurs sur le débit total du jet résultant et du rapport des 10 densités des fluides dans le jet principal et dans les actionneurs. (Dans les paragraphes suivants, lorsqu'on considère la variation d'un de ces rapports, les deux autres sont considérés comme constants.) Plus la valeur du rapport de la section du jet principal et de la section de chaque 15 jet secondaire augmente, plus le jet actionneur correspondant a un impact important sur le jet principal. Aussi, on choisira de préférence un rapport de sections compris entre 5 et 50 plus préférentiellement entre 15 et 30. Le rapport du débit de l'ensemble des jets actionneurs sur le débit total du jet 20 résultant variera entre 0 et 0.5 et de préférence entre 0 et 0.3, plus préférentiellement entre 0 et 0.15, sachant que plus ce rapport de débits est important, plus la déviation du jet sera importante. Le rapport de la densité de chaque fluide constituant les jets actionneurs sur la 25 densité du fluide du jet principal permet de contrôler l'impact de ces jets sur le jet principal. Plus la valeur de ce rapport est faible, plus l'effet du jet actionneur sur le jet principal sera important. On utilisera le plus souvent le même fluide dans les jets actionneurs et dans le jet principal (rapport égal à l'unité). Pour augmenter (à débit massique constant) les effets des jets actionneurs on 30 utilisera un fluide de masse volumique plus faible que celle du fluide dans le jet principal. La nature du fluide dans les jets actionneurs sera choisie en fonction de l'application visée. On peut utiliser par exemple, pour contrôler la déviation 2903478 10 d'un jet d'air, un mélange d'air et d'hélium (de densité inférieure) ou pour augmenter l'entraînement des produits de combustion dans une flamme dont le combustible est du propane, contrôler le jet principal de combustible et/ou de comburant avec un jet secondaire de vapeur d'eau. D'une manière générale, le 5 rapport des densités (ou des masses volumiques) du fluide le plus dense sur le fluide le moins dense peut varier entre 1 et 20, de préférence entre 1 et 10, plus préférentiellement entre 1 et 5. De manière générale également, la géométrie de la section d'injection des jets 10 principaux et/ou secondaires, pourra être de forme quelconque et notamment circulaire, carrée, rectangulaire, triangulaire, oblongue, multi-lobes, etc... La géométrie de ces sections d'injection influence le développement des instabilités du jet résultant. Par exemple, un jet en sortie d'un injecteur de forme 15 triangulaire sera plus instable que celui issu d'un injecteur de forme circulaire, cette instabilité favorisant le mélange du jet résultant avec le milieu environnant. De même un injecteur de forme oblongue favorisera dans un champs proche de l'injecteur le développement non symétrique du jet à la différence d'un injecteur de forme circulaire ou carrée. 20 En ce qui concerne les propriétés physicochimiques du fluide utilisé pour réaliser les jets actionneurs, elles peuvent être choisies pour contrôler certaines propriétés de l'écoulement résultant. Par exemple, on pourra modifier la réactivité d'un mélange de jets principaux combustible (par exemple, gaz 25 naturel), comburant (par exemple l'air) par utilisation d'oxygène (ou autre comburant), et/ou d'hydrogène (ou autre combustible). Parmi les termes utilisés dans la présente description, certains méritent d'être plus précisément définis dans le cadre de l'invention afin de mieux délimiter leur 30 portée. Ainsi, le terme épaisseur (e) signifie en fait la dimension de la canalisation 4 dans la direction d'écoulement du fluide 3 (selon la flèche) sur la 2903478 11 figure 1. Dans le cas particulier de cette figure 1, e représente donc le diamètre de la canalisation 4 puisque celle-ci est cylindrique dans cet exemple. Le terme ouverture du jet désigne en général, pour un jet débouchant d'une 5 canalisation cylindrique telle que 7 sur la figure 1, l'angle entre l'axe de symétrie longitudinal de la canalisation et la génératrice à la surface du jet qui est inclinée de 15 environ par rapport à cet axe, en l'absence d'interaction avec un autre jet jusqu'à une inclinaison pouvant atteindre 70 et plus (voir figure 9a). 10 Par extension, le terme ouverture désignera la forme du jet issu d'une canalisation lorsque celle-ci n'a pas de section circulaire, le fluide du jet s'écartant de l'axe de la canalisation. L'invention concerne également un procédé pour chauffer une charge à l'aide 15 d'un outil engendrant une flamme tel qu'un brûleur ou une lance décrit dans la présente demande dans lequel on modifie si nécessaire le rapport des impulsions d'une part du jet de comburant et/ou de combustible et/ou de prémélange et d'autre part du jet de fluide secondaire, de manière à faire varier la direction (et/ou l'ouverture) de la flamme par rapport à la charge. 20 Selon une variante de réalisation, le procédé est caractérisé en ce que le débit de combustible est nul. Dans ce cas particulier, ceci veut dire que l'outil qui engendre une flamme est une lance (pour injecter un comburant tel que l'oxygène, par exemple) dont le jet à une direction et/ou une ouverture variable. 25 Bien entendu, la même lance peut être utilisée pour injecter du combustible, liquide et/ou gazeux et/ou solide, par exemple une lance à charbon pulvérisé (gaz tel que l'air qui propulse de la poudre solide tel que du charbon). Si l'on munit l'extrémité de la lance, juste avant l'interaction des jets principal et 30 secondaire, d'une buse comportant un convergent/divergent (encore appelée tuyère de Laval dans la littérature), on pourra à la sortie du divergent obtenir (de manière connue en soi dans la littérature) un jet de fluide principal 2903478 12 supersonique, par exemple un jet d'oxygène supersonique qui pourra alors être de direction variable (éventuellement d'ouverture variable mais en perdant généralement sa vitesse supersonique, ce qui permet d'alterner les vitesses subsoniques et supersoniques dans certains procédés). 5 On peut éventuellement n'agir sur le jet principal à l'aide du jet secondaire de préférence que lorsque la vitesse du jet de fluide à la sortie de la tuyère de Laval est subsonique uniquement (en diminuant la pression en amont de la tuyère de Laval). Ceci peut permettre dans une phase d'injection subsonique de 10 balayer l'ensemble de la charge en agissant sur le jet principal de la manière décrite dans la présente demande, puis dans une phase supersonique d'agir de manière plus limitée ou même nulle (faible quantité de mouvement du jet secondaire au même quantité de mouvement nulle) sur le jet principal supersonique (application en métallurgie sur un convertisseur, four électrique, 15 etc...). Selon une autre variante, le procédé est caractérisé en ce que l'on utilise au moins deux jets auxiliaires, de manière à obtenir une variation de la direction de la flamme dans au moins deux plans sécants afin de balayer un moins une 20 partie de la surface de la charge. Selon une autre variante, le procédé est caractérisé en ce que l'axe des jets principal et secondaire ne sont pas sécants. 25 Selon une autre variante, le procédé est caractérisé en ce que des moyens sont prévues pour contrôler la quantité de mouvement d'au moins un jet principal et/ou d'au moins un jet secondaire. Bien entendu, l'action d'un jet secondaire sur un jet principal n'engendrera 30 qu'un changement de direction du jet si le jet secondaire a un axe de symétrie de révolution, ledit axe étant situé dans le même plan que l'axe représentant la direction du jet principal, ce plan représentant le plan dans lequel se déplace le 2903478 13 jet résultant. Si ces deux axes ne se coupent pas, mais ont une distance d (la plus faible distance entre eux) telle qu'il y a une interaction des deux jets, on réalise alors une composition de deux mouvements, l'un relatif à la direction du jet, l'autre relatif à l'ouverture du jet, l'importance de ce second mouvement (nul 5 lorsque d = 0) augmentant au fur et à mesure de l'augmentation de d puis disparaissant lorsque d augmentant, les deux jets n'ont plus aucune interaction. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent : 10 - La figure 1, un schéma de principe du procédé selon l'invention de contrôle d'un écoulement par interaction de jets. - La figure 2 un schéma de principe d'une régulation de la flamme d'un brûleur. 15 - La figure 3, un schéma de principe d'actionneurs pour contrôler la direction d'un jet et un mode de transformation d'une buse à deux jets parallèles en une buse à un jet de direction variable. - La figure 4, un schéma de principe d'actionneurs pour le contrôle de l'ouverture d'un jet. 20 - La figure 5, un schéma de principe d'un contrôle de l'interaction de deux jets. - La figure 6, un schéma d'un brûleur dit tube dans tube muni d'un ouvreau, et adapté selon l'invention. - La figure 7, un schéma d'un brûleur à jets séparés. 25 - La figure 8, une courbe de la densité du flux de chaleur d'une flamme en fonction de la distance au point d'injection, sous différentes incidences. - La figure 9, différentes variantes de réalisation du contrôle de l'ouverture d'un jet. - La figure 10, illustre l'impact d'un paramètre de contrôle sur la déviation 30 de la flamme et le transfert à la charge. - La figurel1, une courbe de l'angle d'ouverture du jet en fonction du rapport d'impulsions des jets. 2903478 14 - La figure 12, un exemple d'application du système de l'invention au chauffage d'une charge avec changement d'incidence de la flamme. - La figure 13, un schéma d'utilisation de l'invention pour chauffer une charge en déplaçant latéralement la flamme. 5 - La figure 14, une application de l'ouverture variable d'une flamme à l'entraînement des gaz d'un four. - La figure 15, une courbe illustrant le niveau d'émission d'une flamme en fonction d'un paramètre de contrôle. - La figure 16, un exemple de protection de l'extrémité d'un brûleur par un 10 ouvreau. - La figure 17, un autre exemple de protection de l'extrémité d'un brûleur. Sur la Figure 1 est représenté un schéma de principe du procédé de contrôle d'un jet selon l'invention. Le jet principal 3 à contrôler issu de l'injecteur principal 15 7 vient interagir avec le jet actionneur 2 issu de l'injecteur secondaire 4 créant ainsi un jet résultant 1 de direction et/ou de largeur différente du jet 3 en l'absence de jet actionneur 2. Il est à noter sur la Figure 1 que, conformément à l'invention, le jet actionneur 2 20 véhiculé par l'injecteur secondaire 4 qui a la forme d'une canalisation qui traverse la matière 5, par exemple un bloc entourant le canal 7, ce jet actionneur 2 débouchant par l'intermédiaire de l'injecteur secondaire 4, de préférence sensiblement perpendiculairement au jet 3. Le jet principal 3 débouche ici à l'intérieur de la matière 5, c'est à dire avant l'éjection du jet de 25 l'injecteur principal 7. L'interaction entre lesdeux jets a lieu à une distance L de la face avant 6 de laquelle débouche le jet principal 3, cette distance L pouvant varier comme indiqué précédemment. Bien entendu, même s'il s'avère préférable selon l'invention que le jet actionneur agisse sur le jet principal avant l'éjection de celui-ci par la face avant 30 2903478 15 6 du bloc de matière 5, on peut envisager une action sensiblement identique si l'injecteur secondaire 4 débouchait quasiment au niveau de la sortie du jet principal 3. On peut même envisager une canalisation telle que 4 se trouvant à l'extérieur du bloc de matière 5, mais très près de celui-ci. 5 Autrement dit, (dans le cas d'un brûleur oxygène utilisant un combustible CXHy) cette distance L peut varier en règle générale de préférence entre 0 et 20 cm, plus préférentiellement 0 et 10 cm (dans le sens représenté sur la figure 1), cette canalisation peut également déboucher jusqu'à quelques centimètres au 10 delà de l'endroit où débouche le jet principal (par exemple, par un tube tel que 34 sur la figure 3 débouchant au delà de 30). Pour permettre au jet actionneur d'agir le plus efficacement possible sur le jet principal, il convient d'injecter le jet actionneur sensiblement perpendiculairement à la direction du jet principal. En pratique, pour assurer cette orthogonalité, il conviendra de prévoir une 15 canalisation 2 de hauteur f et d'épaisseur e, avec la relation 0,5 , de e préférence 0,5 une pièce d'extrémité ci-après dénommée pastille d'injection et dont la fonction est de transformer la direction du jet secondaire initialement parallèle au jet principal, en un jet secondaire 30 venant impacter le jet principal, c'est à dire ayant une direction de préférence perpendiculaire au jet principal. (On peut bien entendu réaliser cet ensemble en une seule pièce). 2903478 22 Le dimensionnement de cette pastille d'injection est conditionné par la réorientation de l'écoulement secondaire. 5 En pratique, le rapport= doit être supérieur à 0,5, de préférence compris entre e 0,5 et 5. Cependant, l'utilisation de ces actionneurs pour des procédés à très haute température (T pour procédé > 1000 C) peut conduire à une surchauffe et une dégradation de la pastille d'injection. 10 Aussi pour s'affranchir de ce type de problème, on cherchera dans le dimensionnement de la pastille d'injection à réduire la surface frontale de l'injecteur soumise au rayonnement dans l'enceinte à haute température. Pour cela, on cherchera à réduire le rapport =. e 15 Dans la situation où cette première mesure est insuffisante, on utilisera alors l'une des deux solutions qui vont être décrites ci-après à l'aide des figures 16 et 17. La première solution (figure 16) consiste à placer l'injecteur 500 dans une pièce réfractaire 501 (ouvreau pour les brûleurs) dont la géométrie et la position relative injecteur/ouvreau protégeront ce dernier d'un rayonnement trop 20 important. La position ou le retrait de l'injecteur dans l'ouvreau doit être suffisant pour le protéger du rayonnement mais ne doit pas pour autant limiter l'amplitude directionnelle du jet injecté. Pour cela, on pourra modifier la géométrie de l'ouvreau en éliminant une partie de celui-ci selon la ligne 160 en pointillés sur la figure 16 selon l'angle a. 25 De préférence, le rapport d sera compris dans l'intervalle 0,3 à 3, tandis que l'angle a appartiendra à l'intervalle [0 , 60 ]. La seconde solution consiste à rapporter une pièce réfractaire de type manchon 30 directement sur le nez de l'injecteur comme illustré sur la figure 17. Cette 2903478 23 solution permet de s'affranchir de la présence d'un ouvreau à la géométrie complexe. Les dimensions du manchon sont telles qu'il ne limite pas l'amplitude directionnelle de l'injecteur. Ceci signifie en particulier que l'épaisseur f du manchon est faible (inférieure au diamètre du jet principal) ou encore que le 5 matériau utilisé pour réaliser ce manchon à une très faible conductibilité thermique. On choisira par exemple de l'alumine. La figure 8 montre trois profils de flux de chaleur transférée par une flamme à une charge selon l'angle d'incidence de la flamme sur la charge en fonction de 10 la distance au point d'injection des réactifs de la flamme. On observe une très forte augmentation du flux de chaleur transféré à la charge avec l'augmentation de l'incidence de la flamme. Pour une incidence nulle (a = 0 ù voir figure 12), le flux de chaleur est sensiblement constant sur toute la longueur de la flamme ; pour une incidence de 15 , le flux transféré augmente très vite, puis un peu 15 moins vite à partir du point A, tandis que pour une incidence de flamme de 30 , le flux transféré augmente extrêmement rapidement jusqu'au point B, puis moins rapidement sensiblement jusqu'au point A, à partir duquel le transfert diminue. 20 La figure 9 représente l'angle d'ouverture du jet en fonction du rapport du débit du jet actionneur sur le débit du jet principal. Sur la figure 9a, on a représenté deux courbes Cl et C2 représentant respectivement l'angle d'ouverture du jet en fonction du rapport des débits jet 25 actionneur/jet principal pour une configuration CONF1 dans laquelle les jets actionneurs sont perpendiculaires au jet principal et débouchent à une distance h de l'extrémité de sortie du jet résultant et une courbe C2 correspondant à une configuration identique à CONF1, mais avec une distance 2 h au lieu de h entre l'endroit où débouchent les jets auxiliaires dans la canalisation principale et 30 l'extrémité de sortie du jet résultant. 2903478 24 Ces deux courbes montrent que l'ouverture du jet résultant est plus importante lorsque l'impact entre les jets actionneurs et le jet principal est plus proche de l'extrémité où débouche le jet résultant. 5 La figure 9b illustre également les variations de l'angle d' ouverture du jet résultant en fonction du rapport des débits des jets actionneur et principal : la courbe C3 correspond à la configuration CONF3 avec des jets actionneurs impactant le jet principal à 90 , à une distance 2 h de l'extrémité (similaire à CONF2), tandis que la courbe C4 correspond à la configuration CONF4 10 identique à CONF3, à l'exception de l'angle d'incidence des jets actionneurs qui est de 45 par rapport à l'axe du jet principal (angle a). On remarque que lorsque les jets actionneurs sont perpendiculaires au jet principal (CONF3), on obtient, toutes choses égales par ailleurs, une ouverture de jets plus importante que lorsque l'angle d'incidence a des jets actionneurs est plus faible (ici 45 ) 15 (CONF4). La figure 10a représente l'angle de déviation (en degrés) en fonction du rapport du débit des jets actionneurs et du débit du jet principal, exprimé en pourcentage. Sur la figure 10a sont représentées quatre courbes, toutes choses 20 égales par ailleurs, pour lesquelles le débit du jet principal est respectivement de 200 Umn, 150 Umn, 100 Umn et 50 Umn. On remarque que ces quatre courbes sont quasiment confondues, ce qui montre bien que la déviation du jet principal n'est pas fonction du débit. 25 La figure 10b représente le transfert de chaleur à une charge : flux de chaleur délivré par un brûleur selon l'invention, dans lequel on fait varier le rapport du débit des jets actionneurs sur le débit du jet principal (représenté ici aussi en pourcentage du débit du jet principal), aussi bien pour le jet de combustible que pour le jet de comburant (brûleur à injection séparée). Chaque jet initialement 30 injecté parallèlement au-dessus de la charge est progressivement dévié en direction de la charge, ce qui augmente le transfert de chaleur à la charge. 2903478 25 La Figure 11 représente une courbe de l'angle d'ouverture du jet en fonction du rapport d'impulsion des jets. Cette courbe rapporte l'ensemble des données expérimentales obtenues pour 5 le contrôle de l'ouverture d'un jet. L'angle d'ouverture mesuré est reporté en fonction du paramètre physique J qui est le rapport des impulsions spécifiques des jets actionneurs et du jet principal. Ce rapport s'écrit comme le produit du rapport des masses volumiques (fluide actionneur sur fluide principal) et du rapport du carré de la vitesse des jets actionneurs et du carré de la vitesse du 10 jet principal). Le fluide principal est le même pour toutes les expériences, tandis que différents fluides ont été utilisés pour les actionneurs. Ces fluides différent principalement par leur masse volumique (de la masse volumique de la plus grande à la plus faible : CO2, Air, mélange Air Hélium). On observe que tous les points expérimentaux (quels que soient les débits et les fluides utilisés) 15 s'alignent sur une droite. Cela montre que le paramètre physique qui contrôle l'ouverture du jet est bien le rapport des impulsions spécifiques défini ci-dessus. L'invention va être ci-après illustrée dans le cas d'un brûleur utilisé pour chauffer une charge quelconque qui peut être une charge métallique ou tout 20 autre charge qui doit être fondue et/ou amenée à une température élevée, puis maintenue à celle-ci, par exemple une charge de métal ferreux ou non ferreux, de verre, de ciment ou au contraire une charge qui doit être séchée à partir d'un bain liquide. 25 Beaucoup d'autres applications sont possibles : on peut par exemple utiliser l'invention sur une lance d'injection d'un jet subsonique et/ou supersonique, ou bien une lance d'injection d'oxygène pour l'affinage de métal fondu, par exemple pour l'injection d'oxygène subsonique et/ou supersonique au convertisseur, par exemple pour remplacer une lance supersonique multibuses, 30 par au moins une lance simple dont le jet est actionné par un ou plusieurs jets actionneurs (ou un groupe de lances parallèles avec des actionneurs 2903478 26 permettant de faire diverger si on le souhaite les jets (d'oxygène, d'azote, d'argon ou autre gaz ou liquide). On peut ainsi faire pivoter successivement le jet résultant autour de l'axe du jet 5 principal (par l'action successive de jets actionneurs régulièrement répartis à la périphérie du jet principal) et avoir une injection séquentielle d'oxygène subsonique et/ou supersonique dans le bain de métal fondu. Il est également possible d'utiliser l'invention sur un outil de traitement d'acier dans un four électrique à arc, par exemple de la façon suivante : ce type d'outil comporte 10 généralement une flamme (habituellement subsonique) qui permet de chauffer le métal, le faire fondre, notamment au début d'une fusion. Cette flamme comme expliqué dans la présente demande, peut être de direction variable en équipant chaque jet principal (comburant, combustible, prémélange) ou au moins un jet principal d'un jet actionneur qui vient faire varier sa direction et/ou 15 son ouverture, de manière à pouvoir déplacer cette flamme sur la charge sans nécessiter des moyens mécaniques lourds qui changent la direction du corps du brûleur. Au centre de l'outil est généralement prévu un canal d'injection à vitesse 20 supersonique (équipé d'une tuyère de Laval) de gaz tel que l'oxygène, l'azote, etc... Ce canal peut lui-même être équipé d'un canal d'injection de jet auxiliaire pour faire varier la direction du jet (subsonique ou supersonique). On peut également prévoir des jets actionneurs pour augmenter l'ouverture du jet principal, par exemple lorsque sa vitesse est subsonique. En général, on 25 s'abstiendra d'actionner de tels jets actionneurs sur un jet principal à vitesse supersonique car on essaie généralement de garder l'angle d'ouverture du jet aussi faible que possible dans ce cas, afin d'augmenter la pénétration de ce jet supersonique. 30 Dans certaines phases de fonctionnement, on utilise un jet central (par exemple oxygène, azote, etc...) à vitesse supersonique entouré d'une flamme afin de lui 2903478 27 conserver le plus longtemps possible une vitesse proche de sa vitesse initiale à la sortie de la tuyère (convergent/divergent). La flamme pourra éventuellement selon les étapes du procédé dans le four 5 électrique avoir une ouverture plus ou moins grande (c'est à dire couvrant sur une longueur plus ou moins grande le jet supersonique). Enfin, ces outils sont également munis de lances d'injection de charbon pulvérisé, généralement injecté à l'aide de gaz vecteur dans une lance. En 10 munissant cette lance d'une canalisation d'injection d'un jet secondaire, par exemple un gaz identique au gaz propulseur du charbon pulvérisé, on pourra ainsi faire varier la direction (également l'ouverture du jet comme pour n'importe quel fluide) du jet de charbon pulvérisé (ou de fioul liquide pulvérisé) afin de favoriser une rencontre rapide du jet de combustible pulvérisé avec la 15 flamme ou au contraire éloigner ce jet de la flamme (ou du jet supersonique). L'invention peut s'appliquer également dans les appareils de cryogénie alimentaire ou industrielle dans lesquels on injecte des jets de liquide cryogénique (par exemple de l'azote liquide), chaque jet pouvant grâce à 20 l'invention et l'utilisation d'un ou plusieurs jets actionneurs, balayer une surface (par exemple arroser toute une surface de produits à congeler grâce à une seule buse de jet variable (direction ù forme)) etc...) Le procédé et la technologie de la présente invention peuvent être utilisés pour 25 l'injection par exemple d'azote afin d'inerter certains réacteurs ou procédés. En effet, une combinaison d'injecteurs à direction ou à effet rotationel (ouverture du jet) variables permettent d'homogénéiser plus rapidement l'atmosphère d'un réacteur, par exemple, en augmentant son entraînement dans les jets de gaz inerte, en favorisant l'apport d'azote aux endroits sensibles grâce aux effets 30 directionnels. 2903478 28 L'invention peut également s'appliquer au remplissage des bouteilles de gaz sous pression : l'utilisation de matériaux composites pour le stockage sous pression, par exemple d'hydrogène, dans les réservoirs de faible poids, limite la vitesse de remplissage en raison de risque de points chauds. 5 L'écoulement à l'intérieur de la bouteille s'organise en un jet selon l'axe de la bouteille avec une détente en entrée de la bouteille, puis une zone en aval (fond de bouteille) où les gaz ralentissent et sont comprimés (donc s'échauffent) et deux zones de recirculation de chaque côté où les gaz chauds 10 sont entraînés le long des parois avant d'être entraînés dans le jet central. L'utilisation d'une injection à ouverture variable permet au cours du remplissage de la bouteille d'inverser cette dernière situation. En effet, l'injection d'un jet à effet rotationel très important permet d'engendrer un écoulement à l'intérieur de la bouteille où les gaz froids refroidis par la détente en entrée de bouteille 15 longeront les parois de la bouteille avant d'être comprimés lorsqu'ils arrivent au fond de la bouteille et à revenir au centre de celle-ci selon l'axe de cette dernière. L'alternance de ces deux situations en cours de remplissage permet de limiter la température de la bouteille et de rester dans un domaine de températures sans risque y compris pour de grandes vitesses de remplissage. 20 Une autre application de l'invention est la trempe gazeuse : la capacité directionnelle des injecteurs selon l'invention permetd'homogénéiser la température dans des pièces de forme complexe et de résistance thermique importante. Les exemples suivants permettent de mieux comprendre comment l'invention peut être utilisée. Les exemples ci-après sont relatifs au contrôle du transfert de chaleur d'un 30 brûleur utilisant l'invention vers une charge par exemple métallique dans un procédé de fusion d'une charge, par exemple une charge de métal (qui peut comporter des parties solides et/ou liquides. 25 2903478 29 Un four de fusion d'aluminium est généralement équipé d'un ou plusieurs brûleurs sur une ou plusieurs des parois latérales entourant le bassin de fusion du four, disposés au-dessus de la ligne de flottaison du métal lorsque ce dernier 5 est complètement fondu (liquide). L'axe de la flamme, lorsque celle-ci est horizontale, est situé à une hauteur comprise 10 et 100 cm par rapport à cette ligne de flottaison, préférablement entre 40 et 80 cm. • Exemple 1 : cas de matière solide dans le four : 10 Dans cet exemple, on utilise des injecteurs selon l'invention pour que l'incidence de flamme soit variable. (On entend par incidence, l'angle de la flamme par rapport à l'horizontale). Lorsque l'incidence est nulle, la flamme est horizontale et parallèle à la surface. Lorsque l'incidence est non nulle, la flamme est inclinée sous l'horizontale et dirigée vers la sole du bassin de fusion 15 du four. Chaque jet de fluide est injecté dans la chambre du four par le biais d'un injecteur selon l'invention, mais on peut n'utiliser ce type d'injecteur que pour le fluide (comburant ou combustible) de plus forte impulsion lorsque celui-ci peut 20 interagir avec celui de moindre impulsion de manière à obtenir la déviation souhaitée de la flamme, typiquement, le comburant dans le cas d'un brûleur air/combustible gazeux, ou oxygène/combustible gazeux. Dans la première partie du cycle de fusion de l'aluminium, lorsque le métal est 25 majoritairement présent à l'état solide, on règle la flamme pour que celle-ci ait une incidence non nulle (axe de la flamme entre 5 et 75 , préférablement entre 25 et 45 ). Ce réglage permet d'améliorer considérablement le transfert thermique du brûleur et donc de réduire la durée de la fusion (comme expliqué à l'aide de la figure 10). 30 Lorsque la plupart des blocs de métal solide sont fondus, on règle la flamme de manière à avoir un angle d'incidence nulle. La flamme est donc parallèle à la 2903478 30 ligne de flottaison du métal liquide. Ce réglage permet de continuer à transférer de l'énergie à la charge et d'achever la fusion du métal ou de l'affiner en limitant l'échauffement du métal déjà fondu et par conséquent, son oxydation par la flamme ou les produits de combustion. 5 Entre les positions extrêmes de la flamme décrites ci-avant (incidence franche et incidence nulle), on peut également pendant la première partie du cycle adopter un réglage intermédiaire, statique, où l'incidence de la flamme est comprise entre 5 et 30 , préférablement entre 10 et 25 , pour obtenir un 10 compromis entre couverture de la charge du four par la flamme (surface projetée de la flamme sur le bain) et intensité du transfert thermique. La figure 12 illustre les positions extrêmes de la flamme par rapport à la charge. La figure 12a est une vue de dessus d'un four de fusion d'aluminium 120 15 équipé de deux brûleurs 121, 122 selon l'invention produisant les flammes 123 et 124 respectivement, positionnées au dessus du bain de métal 125. La cheminée 126 du four permet l'évacuation des fumées produites par les flammes. Les figures 12b et 12c représentent une vue de côté du même four 120, au niveau de la flamme 121. Sur la figure 12b, la flamme 123 est inclinée d'un angle a par rapport à 25 l'horizontale, de préférence lorsque du métal solide 127 est encore présent sur le bain métallique 125, tandis que sur la figure 12c, la flamme est positionnée en incidence nulle (a = 0). Entre les positions extrêmes de la flamme (incidence franche et incidence 30 nulle), on peut également pendant la première partie du cycle faire varier de façon périodique l'angle d'incidence de la flamme. Par exemple, l'opérateur du four peut faire varier manuellement l'incidence entre 0 à 45 puis revenir 20 2903478 31 à 0 .De préférence, on pilotera le brûleur avec un boîtier de commande permettant de moduler de façon périodique le rapport de contrôle du brûleur, c'est-à-dire le rapport des impulsions des jets principal et actionneur(s) et par conséquent l'incidence de la flamme sur le bain. Le signal de commande du 5 boîtier de commande pourra être sinusoïdal, triangulaire, carré, etc... avec une fréquence variable de 0.05 Hz à 100 Hz, préférablement triangulaire à une fréquence 0.1 à 10 Hz. La variation périodique de la position de la flamme permet d'homogénéiser le transfert de chaleur à l'intérieur du four et ainsi de faire fondre plus rapidement les éléments solides. 10 • Exemple 2 : homoqénéiser le transfert d'énerqie à la charqe : Dans cet exemple, on utilisera des injecteurs selon l'invention pour que l'orientation de la flamme dans un plan horizontal puisse être modifiée à la demande en fonction du rapport de contrôle de chaque injecteur comme illustré 15 sur la figure 13. Chaque jet de fluide est injecté dans la chambre du four par le biais d'un injecteur selon l'invention, mais pour des jets situés dans un même plan horizontal ou des plans horizontaux peu espacés l'un de l'autre (de un à deux 20 diamètres de jet), on peut se contenter de n'utiliser ces injecteurs que pour les jets périphériques lorsque ceux-ci peuvent interagir avec les autres jets à dévier. La variation de l'orientation horizontale peut se faire dans les deux sens gauche 25 et droite soit en équipant chaque jet principal de deux jets actionneurs latéraux, soit en équipant chaque jet principal périphérique d'un seul jet actionneur, capable d'actionner le jet principal dans le sens horizontal mais de sens opposés l'un à l'autre. On peut également désaxer l'injecteur principal de sorte qu'à un rapport de contrôle nul, la flamme soit naturellement déviée (à droite ou 30 à gauche) par rapport à l'axe X û X' du brûleur sur la figure 13, et faire alors varier l'orientation de la flamme en augmentant progressivement le rapport de 2903478 32 contrôle du système de commande (c'est à dire obtenir un jet selon l'axe X û X' avec un rapport de contrôle non nul). L'utilisation de un ou plusieurs brûleurs à orientation de flamme variable permet 5 d'augmenter la couverture de la charge par déplacement de la flamme dans un plan horizontal. (L'expression rapport de contrôle utilisée ci-avant est définie comme étant le rapport des débits du jet actionneur et du jet principal, sachant que l'impulsion 10 d'un jet de fluide peut se contrôler simplement par la variation de l'ouverture d'une vanne, l'augmentation de l'ouverture d'une vanne étant proportionnelle à l'augmentation du débit du jet, toutes choses égales par ailleurs). Lorsque les rapports de contrôle du/des brûleur(s) sont nuls, l'orientation de la 15 flamme est située dans l'axe naturel du brûleur et la flamme couvre une portion de la charge. Lorsque l'un des rapports de contrôle est non nul, la position de la flamme est déviée et la flamme couvre une autre portion de la charge. La figure 13 illustre un exemple de déplacement horizontal d'une flamme au- 20 dessus d'une charge ; chaque jet principal 130, 132 (comburant ou combustible) est muni d'un jet actionneur 131, 133 ; sur la figure 13a, le rapport de contrôle CR du jet 130 est nul, c'est à dire qu'aucun fluide n'est injecté dans le canal 131 ; le rapport de contrôle CR du jet 132 est par contre positif, ce qui veut dire que du fait que 133 agit de bas en haut sur la figure 13a, le jet 25 actionneur 133 dévie le jet principal 132 vers le haut sur la figure, c'est à dire vers la gauche par rapport à l'axe X û X' du brûleur. Sur la figure 13b, les rapports de contrôle des deux jets principaux 130 et 132 étant nuls, (CR = 0), il n'y a pas de jets actionneurs en action et la flamme se 30 propage selon l'axe X û X'. 2903478 33 Sur la figure 13c, au contraire de la figure 13a, le rapport de contrôle CR du jet 130 et du jet est positif ce qui entraîne une dérivation de la flamme vers le bas sur la figure (vers la droite en vue de dessus), le jet principal 132 et le jet actionneur 133 ayant un rapport de contrôle nul (pas de jet 133). 5 Comme explicité à l'exemple 1, l'opérateur du four peut faire varier manuellement, périodiquement ou non les rapports de contrôle afin de modifier la position de la flamme. Les rapports de contrôles peuvent également être ajustés à l'aide d'un boîtier de commande permettant de moduler de façon 10 périodique le rapport de contrôle du brûleur. Ainsi, chaque brûleur peut couvrir une portion de charge plus grande favorisant l'homogénéité du transfert thermique et permettant de limiter la formation éventuelle de points chauds si des matériaux réfractaires se trouvent dans le 15 bain (par exemple résidus à base d'alumine, recyclés ou en cours de formation par oxydation du métal en cours de fusion), et de favoriser globalement le transfert thermique permettant d'accélérer le processus de fusion à puissance constante, ou de réduire la consommation énergétique à temps de fusion constant. 20 • Exemple 3: flamme à incidence variable sur la charge et qui balaie latéralement la charge. • Exemple 4 : régulation en boucle fermée : 25 Cet exemple de réalisation de l'invention permettant de contrôler le déplacement à la fois horizontal et vertical de la flamme en fonction par exemple de différents paramètres de fonctionnement du four, donnés par différents types de capteurs installés sur le four, et notamment des capteurs de flux de chaleur, de température, ou éventuellement de composition chimique 30 (par exemple diode laser de type TDL). 2903478 34 - Une boucle de régulation dont le capteur est un dispositif de mesure permettant d'obtenir une image du transfert thermique à la charge ou de l'oxydation du bain d'aluminium, cette information permettant de diminuer ou augmenter le transfert à la charge en agissant sur le débit du jet actionneur, 5 comme explicité ci-avant. - Une boucle de régulation de la position de flamme basée sur la mesure de la température du bain, lorsqu'une portion au-moins du bain est présente à l'état liquide. Tant que la température de bain est inférieure à une valeur Tc, 10 comprise entre 650 et 750 C par exemple pour l'aluminium, la flamme doit rester en incidence non nulle sur le bain pour maximiser le transfert de chaleur. Lorsqu'on se rapproche de la valeur Tc, on relève progressivement la flamme pour l'écarter du bain, d'autant plus que la valeur cible est atteinte, afin de limiter les risques d'oxydation de la charge. On régule ensuite l'incidence de la 15 flamme pour maintenir la température à sa valeur cible. - Une boucle de régulation de la position de la flamme basée sur la mesure du flux thermique : Ce flux thermique peut éventuellement être évalué par le biais d'une 20 différence de températures lue entre deux thermocouples plongés dans le bain à deux profondeurs différentes mais sur une même génératrice perpendiculaire à la sole du four., Le flux thermique peut également être déduit des transferts thermiques calculés au travers de la sole du four, toujours par 25 mesure de la différence de température en son sein. Etant donné la plus grande résistivité de la sole, constituée de matériaux réfractaires, il est plus facile d'obtenir un gradient de température significatif. Le flux thermique peut aussi être suivi grâce à un flux-mètre disposé 30 par exemple en voûte de la chambre de fusion. En effet, toutes choses égales par ailleurs, toute diminution du flux perçu par la voûte et observé par le flux-mètre, correspondra au-moins partiellement à 2903478 une augmentation du flux de chaleur transmis à la charge.(On s'intéresse moins à la valeur absolue du flux thermique transmis à la charge (ou des pertes aux parois) qu'à l'évolution temporelle du signal lui correspondant). 5 La fusion de la charge débutera avec une flamme en incidence franche sur la charge, cette incidence étant conservée tant que le flux transmis à la charge restera élevé. Dès lors que ce flux diminue, révélateur d'une augmentation de la température de la charge et de la diminution de sa capacité d'absorption thermique, on relève 10 progressivement la flamme pour l'écarter du bain, afin de limiter les risques d'oxydation ou de surchauffe de la charge. - Une boucle de régulation de la position de la flamme basée sur la mesure de la composition des fumées à la sortie du four ou à l'intérieur du four, par 15 exemple avant le collecteur des fumées du four, au-dessus du bain, entre la flamme en incidence et le bain d'aluminium, etc... pour la détection d'une ou plusieurs espèces révélatrices de l'oxydation du bain d'aluminium telles que le CO : a. La composition des fumées peut être mesurée de manière connue 20 en soi par extraction puis analyse (analyseurs classiques, TDL ou autres) ou in-situ par absorption (diode laser ou autre) ou par sonde électrochimique. b. La fusion débute avec une flamme en incidence franche sur la charge, et cette incidence est conservée tant que le ou les 25 traceurs de l'oxydation de la charge sont stables et en faible quantité. Dès lors que la concentration du ou des traceurs de l'oxydation augmente, on relève progressivement la flamme pour l'écarter du bain, afin de limiter la concentration du ou des traceurs, et donc l'oxydation de la charge, en agissant sur le jet 30 principal par l'intermédiaire du jet actionneur comme expliqué ci- avant. 2903478 36 c. En outre, la position de la flamme peut-être réglée pour atteindre une valeur de consigne puis maintenir une consigne précise de concentration en traceur d'oxydation. On peut en effet se fixer un seuil de concentration à ne pas dépasser et ajuster en 5 permanence l'incidence de la flamme pour y arriver. Il faut noter dans tous les cas que lorsque la charge est composée au-moins en partie de solide froid, on peut orienter franchement la flamme en incidence sur la charge puisque tant que les températures restent modestes, 10 par exemple inférieures à 600 C pour l'aluminium le taux d'oxydation reste faible. Lorsque la charge est devenue essentiellement liquide, la régulation utilisée devient importante pour éviter la montée en température du métal et l'oxydation de celui-ci. Pour une application de l'invention au chauffage d'un matériau autre que l'aluminium, par exemple pour chauffer un bain de verre, 15 etc..., les mêmes principes de régulation s'appliquent, pour des températures et des critères qui sont différents d'un matériau à l'autre, mais qui sont en eux-mêmes, bien connus de l'homme de métier. Toutes les techniques primaires de réduction des émissions d'oxydes d'azote 20 des brûleurs ou des foyers industriels utilisent les propriétés locales des écoulements des fluides ou de la flamme pour limiter leur formation. En particulier elles visent à réduire la température ou les concentrations des réactifs (combustible, oxygène) ou les temps de séjour des réactifs dans la flamme et/ou dans les produits de combustion. Une de ces techniques consiste 25 à entraîner suffisamment de gaz brûlés dans les réactifs ou dans la flamme pour abaisser les températures, la concentration des réactifs ou réduire le temps de séjour. Pour cela on dimensionne le brûleur de manière à obtenir des jets de combustible et/ou de comburant à grande vitesse (forte impulsion) et suffisamment distants pour obtenir le taux maximal d'entraînement ou de 30 recirculation de gaz brûlés compatible avec une bonne stabilisation de la flamme. La limite de stabilisation se détecte à l'apparition d'imbrûlés dans les produits de combustion comme le monoxyde de carbone pour les 2903478 37 hydrocarbures. Dans certaines conditions on peut obtenir un régime de combustion sans flamme particulièrement favorable à la réduction des émissions. 5 La limitation de cette technique et des technologies de combustion qui l'utilisent est que le taux d'entraînement des gaz brûlés est fixé par les dimensions du brûleur et les conditions de fonctionnement. En conséquence les performances en terme d'émissions peuvent se dégrader très significativement dès que l'on s'écarte de ces conditions, mais également lorsque l'on change de combustible 10 ou que les écoulements propres au four ou au foyer contribuent de façon significative aux propriétés des flammes. L'invention permet d'adapter en fonctionnement les propriétés des flammes et en particulier le taux de recirculation de gaz brûlés, ce qui permet de minimiser 15 en toutes circonstances les émissions de polluants et en définitive d'optimiser les performances des brûleurs. • Exemple 5 : brûleur de pré-mélange constitué d'un injecteur placé dans un foyer. 20 On utilise des jets actionneurs tels que décrits ci-avant pour modifier en fonctionnement l'angle d'ouverture du jet de fluide principal (ou de plusieurs jets). Dans ce cas, le jet principal est un pré-mélange gazeux de combustible et de comburant. L'ouverture du jet mesure le niveau d'entraînement du milieu ambiant par ce dernier, elle peut se mesurer par l'angle entre l'axe du jet et la 25 droite tangente à la frontière entre le jet et le milieu ambiant. (Cette frontière peut se définir comme le lieu dans le jet où la concentration du fluide injecté devient nulle). L'ouverture du jet est contrôlée par le rapport entre le débit du jet actionneur et 30 le débit total du jet résultant. Lorsque ce rapport de contrôle est nul on mesure un niveau d'émission N1 (figure 15). Ce rapport de contrôle est en fait le rapport des impulsions des jets comme expliqué ci-avant.. 2903478 38 On augmente alors le paramètre de contrôle de manière à augmenter l'entraînement de gaz brûlés dans le jet et diluer ainsi le mélange combustible injecté. Cette dilution va conduire à d'une part réduire la température et d'autre 5 part la concentration des réactifs dans la flamme. Les émissions de NOx vont donc diminuer jusqu'à atteindre un niveau N2 (figure 15). Si l'on augmente encore la valeur du paramètre de contrôle, la température et les concentrations des réactifs deviennent trop faibles pour assurer une bonne stabilisation de la flamme : on voit alors apparaître des imbrûlés dans les produits de combustion. 10 Les émissions d'oxydes d'azote sont alors à un niveau N3 et les émissions d'imbrûlés à un niveau 13 trop élevé. On réduit alors le paramètre de contrôle jusqu'à obtenir le niveau optimal des émissions NO et IO (intersection des courbes NOx et imbrûlés sur la figure 15). Cet optimum pourra être obtenu manuellement (contrôle passif) ou préférablement par un dispositif de contrôle 15 actif. Ce dispositif intègre des capteurs pour la mesure des émissions des oxydes d'azote et des imbrûlés, un automate utilisant la logique de contrôle explicitée ci-dessus et les organes de commande des débits du jet principal et du (des) jet(s) actionneur(s) au moins un injecteur. L'automate déterminera la valeur du paramètre de contrôle qui minimise les émissions d'oxydes d'azote et 20 d'imbrûlés. Le contrôle actif devient indispensable dès que le nombre des paramètres à optimiser est supérieur ou égal à deux. Par exemple on peut en même temps vouloir minimiser les émissions de polluants par augmentation du taux de dilution de la flamme par les gaz brûlés et maximiser le transfert à la charge par inclinaison de la flamme vers la charge. 25 • Exemple 6 : brûleur en combustion non pré-mélangée Si la technologie de combustion est de type non pré-mélangé alors le contrôle peut s'exercer indifféremment sur le combustible, le comburant ou bien les deux d'une façon analogue à l'exemple 5.. Si nécessaire, on combinera les effets d'ouverture (entraînement du milieu ambiant) et de déviation des jets (jet de combustible et de comburant 30 2903478 39 divergents) et notamment pour augmenter l'impact de la dilution de la flamme et maximiser la réduction des émissions. Pour cela, différentes configurations possibles sont décrites ci-après : 5 - Première configuration : * Les fonctions déviation et rotation du jet principal sont assurées par des modules distincts, uni-fonctionnels. * Le dispositif d'injection ne dispose que d'un seul jet principal. 10 Dans ce cas, la fonction rotation (voir figure 4 par exemple) doit être installée de préférence en amont de la fonction direction (figure 1 par exemple) (dans le sens d'écoulement du jet principal) en raison de la contrainte liée à la fonction directionnelle (distance entre section de sortie de l'injecteur principal et section d'interaction du ou des jets secondaires avec le jet principal). Cependant, l'autre 15 cas de figure où la fonction déviation est installée en amont de la fonction rotation est envisageable à condition bien sûr de respecter la contrainte de distance rappelée précédemment. - Deuxième configuration : * Les fonctions déviation et rotation ne sont pas assurées par des modules distincts. * Le dispositif d'injection ne dispose que d'un seul jet principal. 25 Dans ce cas, en travaillant sur la position de la surface d'interaction du ou des jets actionneurs, et leur direction respective comme indiqué au sein de la description de l'invention, on peut combiner les effets de rotation et de direction. Les deux cas limites correspondent d'un côté à une injection du ou des fluides secondaires, normale à la surface du fluide principal, entraînant de ce fait des 30 effets directionnels, de l'autre, à une injection tangentielle entraînant alors des effets principalement rotationels. 20 2903478 - Troisième configuration : * Le dispositif d'injection dispose de plusieurs jets principaux. Dans ce cas, on combine les deux options précédentes, en tenant compte par 5 exemple de considérations d'encombrement ou de perte de charge déjà décrites ci-avant. De nombreuses variantes de réalisation de l'invention sont possibles tout en restant dans l'esprit et le principe de base de l'invention, selon lesquels un jet 10 principal, dans une première canalisation (par exemple un tuyau qui amène ce fluide principal) rencontre un jet secondaire, circulant dans une seconde canalisation (par exemple un tuyau), de préférence à 90 environ de la première canalisation, le second jet venant, par sa quantité de mouvement disponible, dévier le jet principal (les jets principal et secondaire formant un jet résultant qui 15 n'a ni la direction du jet principal, ni la direction du jet secondaire), ce mouvement de déviation étant plus ou moins accompagné d'un mouvement d'ouverture du jet, selon les localisations respectives des jets à l'impact, (selon la valeur de d telle que définie ci-avant) sachant que le jet secondaire est en général toujours un jet de section inférieure au jet principal, tandis que de 20 préférence, les deux jets sont issus de la même source de gaz (même gaz, même pression, même température). Revendications 1 ù Procédé de chauffage d'une charge à l'aide d'une flamme engendrée par une lance et/ou un brûleur, caractérisé en ce que dans une première phase, on dirige la flamme en direction de la charge et en ce que dans une deuxième phase, on dirige la flamme sensiblement parallèlement à la charge. 2 ù Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lance et/ou le brûleur sont fixes. 3 ù Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant la première phase, l'angle d'injection de la flamme est comprise entre environ 90 et 5 et en ce que pendant la deuxième phase l'angle d'injection de la flamme est compris entre 5 et 0 environ. 15 4 ù Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'injection de la flamme pendant la première phase est compris entre 5 et 75 , de préférence 25 et 45 . 20 5 ù Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la flamme est de direction et/ou d'ouverture variable. 6 ù Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la flamme est créée par au moins un jet résultant de direction et /ou d'ouverture 25 variable, ledit jet résultant de l'interaction entre au moins un jet de fluide principal et au moins un jet de fluide secondaire. 7 ù Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on fait varier le rapport des débits d'au moins un jet principal et d'au moins un jet 30 secondaire qui interagissent l'un avec l'autre. 2903478 42 8 ù Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le changement de direction et/ou d'ouverture de la flamme résulte de la seule interaction d'au moins un jet principal et d'au moins un jet secondaire. 5