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La présente invention est relative à un système
de réglage de l'alimentation en matière.s solides d'une
lance servant a approvisionner un bain de métal, notamment
un bain de ~onte en voie d'affinage. L'invention concerne
en particulier un système adapté a llintroduction de matière
combustible granulée a l'aide de gaz porteurs neutres dans
le métal en voie d'affinage dans le cad:re des procédés LD,
LD-AC ou LBE.
On connait des procédés qui prévoient de recarburer
des bains de métal par addition de carbone par ]e~haut. Ain-
si, le brevet fran~cais ~o. 2.459.835 prévoit de souffler sur
la surface du bain du carbure de calcium, et ceci en utili-
sant l'oxygene d'affinage comme véhicule du carbure. Il
8 1 avère que le carbuxe véhicule par l'oxygène ne 9'oxyde
pas dans le jet, ce qui peut a priori surprendre~ D'un
autre c8té, les carbures sont des composés que l'on obtient
par des réactions consommatrices de grandes quantités d'éner-
gie ce qui devrait exclure un tel procédé à une époque o~
l'énergie est ch~reO
Il serait par conséquent logique de prévoir l'utili-
sation de carbone 50US forme d'anthracite, de poussier de
coke ou autre matière carbonée appropriée. Or, dans ce cas,
il est peu probable que l'on puisse opérer l'insufflation
de la manière aécrite dans le brevet français ~o. 2.459.835
sans qu'il y ait oxydation prématurée, éventuellement eous
forme d'une combustion véhémente, destructrice de l~équi-
pement. Il faut par conséque~t injecter la matière carbonée
à l'aide d'un gaz non comburant et prévoir éventuellemént
un écran protecteur gazeux entre le flux de matière carbonée
et les jets avoisinnants d'oxygène d'affinage~
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Les expériences de la Demanderesse ont montré que
pour avoir une bonne absorption de la matière carbonée par le
bain, il ~aut que celui-ci présente non seulement des concen-
trations d'oxygène et de carbone bien déterminées, mais qu'il
faut en plus que la matière carbonée ait une énergie cinétique
suffisante à la sortie de la lance pour pénétrer dans le bain.
Cett~ énergie cinétique elevée, qui est également requise
pour éviter une combustion prématurée de la matière carbonée
au dessus du bain, est obtenue à 1'aide dlun ~lux puissant
de gaz~ Etant donné que ce jet de gaz neutre exerce un
effet refroidissant~ il est essentiel d'introduire la quanti-
té requise de matière carbonée dans le bain dans un temps de
souf~lage aussi court ~ue possible. Or, un jet de gaz ayant
une concentration en matières solides elevée crée des problè-
rnes de bouchage des conduits d'amenée et de la tuyère de la
lance~
La contrainte de recarburer le bain en temps réduit
est par ailleurs renforcée si on choisit pour des raisons
de prix de revient l'azote comme gaz porteur. Le jet d'azote
frappe en effet la surface du bain métallique au voisinage
immédiat de l'oxygene d'affinageO Or, il est bien connu que
le degré de dissolution de l'aæote dans l'acier liquide aug-
mente avec la temperature.
La présente invention a donc pour objet un système
capable d'injecter rapidement par en haut une quantité élevée
de matière combustible granulée dans un bain de métal.
Le système selon l'in~ention qui est destiné au ré-
glage de l'alimentation en matières solides diune lance de
soufflage servant à approvisionner un bain de métal et se
trouvant au-dessus du métal, est caractérisé en ce qu'il
comporte au moins une source de gaz-comprimé, un circuit
fournisseur de matière carbonée en suspension dans un gaz,
au moins un circuit fournisseur de gaz de balayage, des
moyens de dosage des différents débits de gaz et de matière
carbonée et des moyens pour brancher séparément ou con-
jointement ces circuits sur un conduit aboutissant à la
- lance~ Le circuit fournisseur de matière carbonée en
suspension dans un gaæ est relié à une des sources de gaz
et comporte un système doseur du débit du gaz suivi d'un
sas de soufflage a doseur alveolaire. La vitesse de
rotation de la roue à cellules du doseur alvéolaire est
fonction de la pression régnant dans le conduit situé
en aval du sas de soufflage à doseur alvéolaire.
Selon un mode réalisation préféré, le
circuit fourn.isseur de gaz de balayage est relié à une
source de gaz sous pression et comporte un système doseur
du débit du gaz constitùé par une vanne régulatrice de débit,
des capteurs pour mesurer la température, la pression et la
variation de la pression du gaz. De préférence, un calcu-
lateur commande le degré d'ouverture de la vanne régulatrice
en fonction de la température, de la pression et de la varia-
tion de la pression du gaz ainsi que du régime de fonction-
nement de l'installation.
Les moyens pour brancher séparément ou conjointe
ment les circuits fournisseurs de gaz et de matiere carbonée
en suspension dans un gaz sur le conduit aboutissant ~ la
lance sont préférablement constitués par des vannes électro-
magnétiques, de préférence contrôlées par ordinateur~
D'autre part, le conduit aboutissant à la lance est
avantageusement constitué par un système de tubes rigides et
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d'articulations~
De préférence, le système selon l'invention comporte
en outre des moyens pour détecter des fuites dans le corps de
la lance ou dans la t8te de lance et des moyens pour arrêter
l'opération de soufflage en cas de fuite.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront
de la description du schéma de principe représenté dans les
dessins ci-joints, dans lesquels l'unique figure montre une
forme d'exécution possible d'un système selon l'invention~
On distingue la lance d'insufflation l qui peut 8tre
une lanc~ multiflux servant à alimenter le bain conjo:intement
en ox~g~ne et en matière grarlulée, comme décrit par exemple
dans la demande de brevet luxer~bourgeois ~o. 84~176, ou bien
une lance monoflux servant à injecter uniquement de la matière
granulée dans le bain. Dans ce dernier cas, l'oxygène d'af-
finage et éventuellement l'oxygène de post-combustion est
fourni par une lance séparée. La lance 1 est montée sur un
sySt~me de fixation rapide 2, solidaire dlun chariot ou de
tout autre système mobile, non représenté, servant à approcher
la lance à la distance voulue de la surface du bain. Le
système de fixation est relié à un ensemble 5 de tubes rigides
3 et d'articulations 4, connu sous le nom de cisaille ainsi
qu'à un dispositif de sécurité 6 qui détecte d'éventuelles
fuites dans le corps de la lance 1. La détection de fuites
est particulièrement importante dans les lances multiflux qui
fournissent conjointement le combustible qui est normalement
abrasif et le combuIant,et peut par exemple être réalisée ~
l'aide dlune ga1ne remplie d'un fluide, qui entoure le conduit
de matière carbonée dans la lance et d~m capteur de pression
qui surveille la pression du fluide. En cas de rupture, le
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capteur enregistre une variation de pression qu'il transmet au
dispositif de sécurité 6 qui arrête l'opération de soufflage.
On peut également concevoir un circuit de refroidissement de
façon à réaliser en meme temps une séparation entre les con-
duits de comhustible et de comburant. Une surveillance
de la pression du circuit de refroidisse~ent permet dans ce
cas également une détection des fuites.
La cisaille 5 peut etre branchee à volonté sur le
circuit 7 fournisseur de matière carbonée ou sur le circuit
8 fournisseur de gaz de balayage en agissant sur les vannes
~lectromagn~tiques 9 respectivement 10.
Le circuit 8 sertà envoyer un debit déterminé d'ar-
gon en provenance de la source 30 ou d'azote en provenance
de la source 31 sur la lance 1 en ouvrant/fermant les vannes
21 ou 22 et en contrôlant de façon adéquate le régulateur de
débit 11. Le regulateur 11 se compose essentiellement d'un
capteur de pression 19, d'un capteur de variation de pEeSSion
18 et d'un capteur de température 20 reliés respectivement à
des convertisseurs 17, 16 et 15 qui transforment les signaux
captés en signaux électriques traitables par le calculateur 14.
Celui~ci détermine en fonction du régime de fon~tionnement du
creuset ou de l'état de bouchage des conduits le débit requis
qu'il transmet ~ la vanne ré~llatrice 12 par l'intermédiaire ~e
l'amplificateur 13. Notons que pour des raisons de cLarté de la
figure,,le calculateur 14 a été dessiné en plusieurs endroits
différents ~muni des références 14a et 14b)~ Entre la vanne 22
et l~ source d'azote 31 sont situés les vannes 24 et 26 ainsi
qu'un régulateur de pression 25 qui évite que la source 31 n'ap
plique des pressions excessives au circuit fournisseur de gaz de
5 ~
balayage 8. une valve unidirectionnelle 53 évite toute rétro-
action du circuit fournisseur de mati~re carkonée 7 sur le
circuit fou.rnisseur de gaz de balayage 8.
Le circuit 7 fournisseur de matière carbonée est
uniquement relié à la source d'azote 31 et comporte essentiel-
lement un régulateur de débit lla ainsi qu'un sas de souf~lage
doseur alvéolaire 40. Le sas permet de régler en variation
continue le débit du mélange à introduire et ceci en agissant
simplement sur la vitesse de rotation de la roue du doseur
alvéolaire 48. -Le débit de gaz porteur passant par~la lance
de soufflage peut ainsi être modi~ié indépendamment de la
qllantité de mati~re solide. Le sas comporte un conduit 41 me-
nant au système de pressurisation du réservoir de matière
carbon~e 47, ainsi que des conduits 42 à 46 reliés au système
de fluidisation de la matière carbonée. Un capteur 50 sur-
veille la pression dans les conduits en aval du sas 40 et
agit par l'intermediaire du convertisseur 49 et du calculateur
14b sur la vitesse de rotation du doseur alvéolaire 48. Le
r~gulateur de débit lla du circuit fournisseur de matière
carbonée 7 est d'une conception proche de celle du régulateur
11 contr~lant le flux de gaz de balayage et les éléments rem-
plissant des fonctions équivalentes sont répérés par les mêmes
chiffres augmentés de la lettre a. ~otons que la pression
régnant dans le conduit est répérée à l'aide du capteur l9a
en amont du r~gulateur de pression 25a et des vannes 24a et
26a e~ indique pratiquement la pression de la source d'azote
31.
Il est bien évident qu'au lieu d'un calculateur uni-
que, on peut également utiliser des calculateurs individuels,
30 dans ce cas de préférence analogiques, pour les régulations
de débit de gaz porteur de matière carbonée et de gaz de
balayage et pour la régulation du doseur alveolaire~ Dans
ce cas, les amplificateurs 13 et 13a sont remplacés par des
amplificateurs-régulateurs qui re~oivent leur consigne au
calculateur 14b qui contr81e alors la concentration de
matière solide dans le gaz en agissant sur l'ampli~icateur-
régulateur 13a et sur la vitesse de rotation de la roue du
doseur. Le calculateur 14b est alors également relié à
l'amplificateur-régulateur 13 pour doser le flux de gaz de
balayage. Une coordination supplémentaire entre les diffé-
rents élements de l'installation pourra etre assurée par un
opérateurO
L'installation comporte en outre plusieurs mano-
mètres 51 ainsi que des vannes électromagnétiques 52~
Le fonctionnement du systeme est le suivant:
Lors de la phase de recarburation, la vanne 9 est
ouverte tandis que la vanne 10 est fermé~. Le débit de gaz
porteur ainsi que celui de matière carbonée sont réglés aux
valeurs maximales compatibles avec les capacités de l'instal-
lation (source, conduites, sas etc.) et les exigences métal-
lurgiques (capacité d'absorption du carbone par le bain etc.).
Dès que les conduites accusent un début de bouchage, qui peut
naitre dans les conduits situés en aval du sas de soufflage
à doseur alvéolaire, la pression répérée par le capteur 50
augmente et le calculateur 14 commande une réduction de la vi-
tesse de rotation de la roue du doseur 48 de sorte à diminuer
la charge en rnatiere solide dans le flux gazeux. Si ensuite
la pression chute, la vitesse de rotation de la roue 48 est
de nouveau augmentée. Dans le cas contraire, une reduction
supplémentaire de la vitesse de rotation est comrnandée. Lors-
que ~es opérations successives de réduction de la vitesse de
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rotation de la roue 48 n'aboutissent pas au débouchage des
conduites, le calculateur 14 commande l'arr8t du circuit 7,
la fermeture de la vanne g et l'ouverture de la vanne 10~ En-
suite, la vanne régulatrice 12 est ouverte au maximum de sorte
à envoyer selon l'ouverture ou la fermeture des ~annes 21 et
22, de l'azote ou de l'argon sous pression élevée sur la
cisaille 5 et la lance 1~ Si le débouchage désiré s'opère,
la pression mesurée par le capteur 50 chute et la recarbura-
tion peut reprendre.
Entre deux opérations de recarburation la~vanne 9
est fermée et la vanne 10 ouverte et permet à un faible flux
de gaæ ~azote, de préférence argon) de circuler ~ travers la
cisaiLIe ~ et la lance 1 de fa~on à empêcher un boucha~e des
conduits d~ à une agglomération de matiere carbonée déposée
dans les tubes ou un ~ouchage de la tête de lance provoqué
par des projections.
Le fonctionnement du syst~me a été expliqué en utili-
sant des sources d'argon ou d'azoteO Il est bien évident que
l'on peut envisager l'utilisation de n'importe quel gaz com-
patible avec les contraintes d'ordre chimique, c'est-a-dire,
tout gaz non-oxydant, ce qui n'exclut pas llutilisation de
gaz de recyclage~ De m~me, les opérations de débouchage des
conduits ont eté décrites en ouvrant respectivement fermant
les vannes électromagnétiques 9 et 10. On peut également ou-
vrir conjointement les vannes 9 et 10 et ajuster les diffé-
rents débits de matière gazeuse et solide de sorte à aboutir
au debouchage désiré. On peut aussi sans sortir du cadre de
l'invention envisager de commander la vanne électromagnétique
10 par impulsionsJ Dans ce dernier cas, il faut choislr la
fréquence ainsi que les temps de montée des signaux commandant
l'ouverture/fermeture de la ~anne 10 de mani~re ~a éviter la
~IL21~33
creation de vibrations dans les conduits ou l'apparition
de pressions excessives, destructrices clu matériel.
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