Sonde de prise d'échantillons gazeux et de mesures thermiques dans un four à cuve

Abstract

 La sonde comporte une gaine extérieure (12) et une série de conduites intérieures (18) reliant des orifices d'admission de gaz (16,30) à un dispositif de réception des échantillons gazeux à l'extérieur du four. Pour permettre un montage facile et rapide tout en assurant des mesures exactes, les extrémités de chacune des conduites (18) sont fixées dans un bloc (22) fixé à son tour sur la gaine (12) au niveau d'un orifice d'admission (16) et définissant avec une plaquette de fermeture (24) une chambre (32) d'admission des gaz dans laquelle se trouve un thermo-couple (36) immobile.

Description

[0001] La présente invention concerne une sonde de prise d'échantillons gazeux et de mesuresthermiques 'dans un four à cuve, comprenant essentiellement une gaine extérieure, une série de conduites de gaz intérieures reliant des orifices d'admission des gaz répartis régulièrement le long de la gaine à uh dispositif de réception des échantillons gazeux à l'extérieur du four, des thermo-couples disposés au niveau desdits orifices et exposés aux gaz pénétrant à travers ces orifices dans les conduites intérieures, des entretoises placées transversalement dans la gaine pour le maintien des conduites de gaz et un ou plusieurs circuits de refroidissement traversant la gaine.

[0002] Afin de pouvoir exploiter un haut fourneau dans des conditions optimales, il est absolument indispensable de surveiller et de contrôler en permanence sa bonne marche. L'un des moyens mis en oeuvre à cet effet consiste dans l'analyse et dans la mesure de la température d'échantillons gazeux prélevés en des points déterminés à l'intérieur du four, ceci aussi bien au-dessus de la matière de chargement qu'à l'intérieur de celle-ci. Les endroits de prélèvement de ces échantillons doivent être suffisamment nombreux pour pouvoir dresser des courbes sur base de ces mesures. Ce sont ces courbes qui sont appelées à donner une image de la marche du four.

[0003] Le prélèvement de ces échantillons gazeux est généralement réalisé au moyen de sondes du genre décrit ci-dessus. Il existe deux types de ces sondes. Les unes sont montées au-dessus de la matière de chargement et y restent en permanence. Les autres sont introduites périodiquement en différents points latéralement à travers la paroi du four dans la masse de la matière de chargement. Un exemple d'une telle sonde est proposé dans le brevet américain 4,044,612.

[0004] La pénétration de telles sondes dans la matière de chargement peut être facilitée par un vibrateur.

[0005] Pour que ces sondes puissent avoir réellement l'utilité qu'on leur octroie, il est absolument indispensable que les mesures qu'elles permettent d'effectuer soient exactes et reproductibles. Malheureusement, tel n'était pas le cas jusqu'à présent, surtout en ce qui concerne les mesures de température des échantillons gazeux. En effet, non seulement les thermo-couples ne fournissaient généralement pas des mesures exactes, mais encore, et surtout, l'erreur de mesure était variable suivant que la mesure était effectuée par l'un ou l'autre des thermo-couples.

[0006] La demanderesse a constaté que ces erreurs des mesures thermiques proviennent généralement du fait d'une mauvaise fixation des thermo-couples ou même de l'absence totale d'une telle fixation. Il en résulte que les diffë- rents thermo-couples répartis le long de la sonde n'occupent pas la même position relative entre eux et par rapport à l'orifice d'admission des gaz. A l'origine de ces positions inexactes peuvent être des imprécisions de montage ou des modifications de la position dues aux déformations thermique et mécaniques de la sonde à l'effet du vibrateur servant à enfoncer la sonde. L'importance du positionnement exact ou inexact d'un thermo-couple se mesure dans la constatation qu'un jeu de quelques millimètres suffit pour changer ou fausser les mesures.

[0007] Or, la détermination du profil de la température résulte d'une approximation basée sur les mesures effectuées en différents points par la sonde.. Il est évident que si ces mesures sont inexactes, il n'est pas possible d'établir une courbe représentative de la température et la sonde perd une grande partie de son utilité.

[0008] Ces sondes doivent également répondre à d'autres impératifs, notamment des impératifs économiques et de facilités de montage. En effet, ces sondes, compte tenu du milieu dans lequel elles opèrent, doivent être remplacées souvent et il est, de ce fait, primordial que leur montage et assemblage soient faciles et rapides et que leur prix de revient soit le plus bas possible.

[0009] Le but de la présente invention est de prévoir une nouvelle sonde du type précité, capable de fournir des mesures exactes et reproductibles, dont le montage est facile et rapide et dont le coût de fabrication est raisonnable.

[0010] Pour atteindre cet objectif, la sonde selon la présente invention est essentiellement caractérisée en ce que l'extrémité intérieure de chacune des conduites de gaz est reliée à un bloc dont elle est solidaire et qui est fixée sur la paroi intérieure de la gaine au niveau d'une ouverture prévue dans celle-ci, en ce que les orifices d'admission des gaz sont prévus, chacun, dans une plaque conçue pour être-fixée à travers ladite ouverture, de façon démontable, sur le bloc correspondant, en ce que chaque bloc et chaque plaque correspondante sont conçus pour définir, en position assemblée, une chambre d'admission des gaz communiquant avec la conduite des gaz correspondante et renfermant un thermo-couple immobile et en ce qu'il est prévu une conduite de refroidissement axiale à section carrée, traversant des ouvertures carrées correspondantes dans les entretoises.

[0011] L'immobilisation du thermo-couple est réalisée par une collerette bloquée dans une gorge circulaire prévue en partie dans un bloc et en partie dans la plaque correspondante et réalisée par l'assemblage de ces deux pièces. Le bloc étant soudé lui-même sur la gaine extérieure, chaque thermo-couple est ainsi complètement immobilisé dans une position bien précise qu'il conservera en dépit des déformations de la sonde et des vibrations auxquelles elle est soumise.

[0012] Les entretoises sont fixées sur les blocs, de préférence à raison de deux entretoises par bloc.

[0013] Les orifices d'admission des gaz sont tous prévus sur une même génératrice tournée vers le bas lors des séances de mesures et de prise d'échantillons.

[0014] D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation présenté ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins, dans lesquels :

la Figure 1 montre schématiquement une section longitudinale partielle à travers une sonde selon la présente invention;

la Figure 2 montre, approximativement à l'échelle naturelle, la partie de la figure 1 indiquée par le cercle II

la Figure 3 représente une coupe transversale suivant le plan III-III sur la figure 2.

[0015] La sonde désignée globalement par la référence 1 sur la figure 1 comporte une gaine métallique cylindrique extérieure 12 coiffée d'une pointe 14 pour faciliter la pénétration à travers la matière de chargement. Cette gaine 12 comporte, à intervalles réguliers, un certain nombre d'ouvertures 16 pour permettre la prise d'échantillons gaze à l'intérieur du four. Ces échantillons sont amenés à travers des conduites intérieures 18 vers un dispositif de réception à l'extérieur du four représenté schématiquement par la référence 20.

[0016] Comme on peut déjà le constater sur la figure 1, les ouvertures 16 sont toutes situées du même côté sur une même génératrice de la gaine 12. Ceci permet la prise d'échantillons sur un même niveau et élimine une première source d'erreurs présente dans les sondes dont les ouvertur de prise d'échantillons sont prévues tout autour de la sond

[0017] La figure 2 montre les détails constructifs au niveau d'une ouverture 16. Au niveau de chacune de ces ouvertures 16 se trouve un bloc de positionnement 22 recevant l'extrémité d'une conduite de gaz 18. La conduite 18- est fixée hermétiquement, par exemple par soudage, à ce bloc 22 qui, à son tour, est fixé, également par soudage su: la face intérieure de la gaine 12 en face de l'ouverture 16

[0018] Une plaque 24 est fixée, de manière amovible, par exemple à l'aide de vis 26, 28 à travers l'ouverture 16 sur le bloc 22. La plaque 24 comporte un orifice 30 d'admission des gaz, communiquant avec une chambre 32 formée entre la plaque 24 et le bloc 22 par des creux semi-cylindri ques opposés prévus respectivement sur le bloc 22 et la plaque 24. Cette chambre 32 comportera, de préférence, un revêtement réfractaire 34 prévu sur le bloc 22 et la plaque 24.

[0019] Les mesures thermiques sont effectuées grâce à des thermo-couples 36 enfilés à travers les conduites 18 et débouchant dans chacune des chambres 32. Comme mentionné ci-dessus, pour assurer des mesures exactes et reproductible il faut que la position des thermo-couples 36 soit bien déterminée et fixe par rapport à l'ouverture 16 et par rapport aux autres thermo-couples. A cet effet, chaque thermo-couple 36 est pourvu d'une collerette 38 coincée dans une rainure périphérique formée par des gorges semi-circulaires 40 et 42, prévues respectivement sur la plaque. 2.4 et le bloc 22.

[0020] Cette fixation est à la fois efficace étant donné que le thermo-couple 36 ne peut subir aucun déplacement longitudinal et facilement réalisable, étant donné que la collerette 38 est simplement coincée par la fixation de la plaque 24 sur le bloc 22.

[0021] Il est à noter que les gorges 40 et 42 doivent comporter, comme le montre la figure 3, une interruption 40a, 42a, horizontale ou verticale, pour permettre le passage des gaz de la chambre 32 dans la conduite 18 reliée au bloc 22.

[0022] Comme le montre la figure 3, la sonde 10 comporte huit conduites de gaz 18, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f et 18g; par conséquent, il y a également huit dispositifs de prise d'échantillons et thermo-couples, tel que montré sur la figure 2. Il est évident que suivant le diamètre de la sonde, le diamètre des fours et le nombre d'échantillons que l'on veut prélever sur une distance radiale du four, on peut prévoir plus ou moins de conduites 18.

[0023] Les différentes conduites de gaz 18 à 18g sont maintenues en place à l'intérieur de la gaine 12 au moyen d'entretoises 44 soudées sur les blocs 22, de.préférence à raison de deux entretoises par bloc. Ces entretoises 44 sont pourvues à leur périphérie d'encoches 46 semi-circulaires dans lesquelles sont maintenues les conduites entre la paroi intérieure de la gaine 12 et les différentes entretoises 44.

[0024] Comme le montre la figure 1, les différentes conduites 18 à 18g doivent, pour pouvoir communiquer avec les ouvertures 16 prévues sur une même génératrice de la gaine 12, être disposées hélicoidalement à l'intérieur de la gaine 12, en subissant entre deux ouvertures successives 16, une rotation d'un angle correspondant à l'angled'écartement de deux encoches voisines 46 des entretoises 44.

[0025] Tout comme les sondes existantes, la sonde proposée par l'invention est pourvue d'un circuit de refroidissement. A cet effet, il est prévu une conduite axiale 48 traversant les différentes entretoises 44 et à travers laquelle on injecte l'eau de refroidissement. Cette eau de refroidissement retourne par l'extérieur, c'est-à-dire' par l'espace libre entre les différentes conduites 18 à 18g et la gaine extérieure -12.

[0026] Conformément à une des caractéristiques de la présente invention, on profite de la présence de la conduite de refroidissement axiale 48 pour concevoir un moyen de support des conduites de gaz. En effet, comme on peut le voir sur la figure 3, la conduite 48 possède une section carrée, de même que les ouvertures dans les entretoises 44 pour le passage de cette conduite 48. Ceci permet, bien entendu, un meilleur maintien des entretoises 44 et des conduites 18a à 18g, notamment en enpêchant une rotation relative de ces éléments entre eux. Il est bien entendu que la section de la conduite 48 peut avoir d'autres formes que celle illustrée, notamment triangulaire, ovale, etc., pourvu qu'elle ne soit pas ronde.

[0027] Cette conception du maintien mutuel entre la conduite 48 et les entretoises est avantageuse dans la mesure oi ces éléments ne peuvent pas être soudés ensemble à cause de leurs dilatations thermiques différentes.

[0028] Pour permettre le montage, il est évident que les ouvertures des entretoises doivent être légèrement plus grandes que la section de la conduite. De ce fait, pour éviter un flottement, ou une orientation oblique des entretoises 44 et blocs 22 par rapport à la conduite 44 lors du montage, il est préférable de prévoir deux entretoises 44 par bloc 22.

[0029] L'effet de ce soutien par la conduite axiale 48 est surtout remarquable lors du montage de la sonde 10. En effet, étant donné que cette conduite 48 sert de support aux entretoises 44 et aux conduites des gaz, on peut assembler tout l'intérieur de la sonde autour de cette conduite 48 en glissant les différentes entretoises 44 et blocs 22 préalablement soudés ensemble sur cette conduite 48, en plaçant les différentes conduites 18 à 18g et en les soudant successivement au bloc correspondant 22. Après cela, il suffit de glisser la gaine extérieure 12 sur l'ensemble ainsi réalisé et d'achever le montage de la sonde en soudant les blocs 22 à la gaine 12 et en vissant les plaques 24 sur les blocs correspondants 22.

Revendications

1. - Sonde de prise d'échantillons gazeux et de mesures thermiques dans un four à cuve, comprenant essentiellement une gaine extérieure (12); une série, de conduites de gaz intérieures (18, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f et 18g) reliant des orifices d'admission des gaz (16, 30) répartis régulièrement le long de la gaine (12) à un dispositif de réception des échantillons gazeux à l'extérieur du four, des thermo-couples (36) disposés au niveau desdits orifices (30) et exposés aux gaz pénétrant à travers ces orifices dans les conduites intérieures (18), des entretoises (44) placées transversalement dans la gaine (12) pour le maintien des conduites de gaz (18) et un ou plusieurs circuits de refroidissement traversant la gaine (12), caractérisée en ce que l'extrémité intérieure de chacune des conduites de gaz (18) est reliée à un bloc (22) dont elle est solidaire et qui est fixée sur la paroi intérieure de la gaine (12) au niveau d'une ouverture (16) prévue dans celle-ci, en ce que les orifices d'admission des gaz (30) sont prévus, chacun, dans une plaque (24) conçue pour être fixée à travers ladite ouverture (16), de façon démontable, sur le bloc (22) correspondant, en ce que chaque bloc (22) et chaque plaque (24) correspondante sont conçus pour définir, en position.assemblée, une chambre (32) d'admission des gaz communiquant avec la conduite des gaz correspondante (la) et renfermant un thermo-couple (36) immobile et en ce qu'il est prévu une conduite de refroidissement axiale (48) à section carrée, traversant des ouvertures carrées correspondantes dans les entretoises (44).

2. - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'immobilisation du thermo-couple (36) est réalisée par une collerette (38) bloquée dans une gorge circulaire (40,42) prévue en partie dans un bloc (22) et en partie dans la plaque correspondante (24) et réalisée par l'assemblage de ces deux pièces.

3. - Sonde selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre 32 est pourvue d'un revêtement réfractaire circulaire 34.

4. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les entretoises (44) sont fixées sur les blocs (22).

5. - Sonde selon la revendication 4, caractérisée en ce que sur chaque bloc (22) sont soudées-deux entretoises (44).

6. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque entretoise (44) comporte un certain nombre d'encoches périphériques (46) assurant le maintien des conduites de gaz (18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f et 18g).

7. - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices d'admission des gaz (16, 30) sont tous prévus sur une même génératrice de la gaine (12) tournée vers le bas lors des séances de mesures et de prise d'échantillons.

Dessins