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PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA CONVERSION DE FONTE EN ACIER.
La présente invention est relative à un procédé de conversion de fonte en acier dans lequel on souffle dans le bain un mélange gazeux contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau surchauffée.
Le procédé suivant l'invention est donc applicable à une con- version Bessemer acide ou basique dans laquelle la vapeur d'eau est soufflée en mélange, notamment avec de l'air atmosphérique, ou avec de l'air enrichi en oxygène, ou avec de l'oxygène de haute pureté, ou avec de l'anhydride carbonique qui fournit de l'oxygène par décomposition endothermique au con- tact du bain métallique.
Il est également applicable aussi bien dans le cas où la va- peur d'eau mélangée à un autre gaz est soufflée dans le bain pendant toute la durée de la conversion que dans le cas où elle n'est soufflée dans le bain que pendant une partie de la conversion. Eventuellement, le soufflage à l'aide du mélange contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau peut être précédé, par exemple, d'un soufflage au moyen d'air atmosphérique ou d'air enrichi en oxygène.
On a déjà proposé de surchauffer la vapeur à une température fixée d'avance dans le but d'obtenir que, dans le mélange de vapeur d'eau et d'oxygène entrant dans le convertisseur, la vapeur d'eau soit encore à l'état surchauffé. Cette façon d'agir ne tient pas compte des modifications extrêmement variables dans lesquelles a lieu la consommation de vapeur, de sorte que, si la surchauffe est modérée, la vapeur n'est pas toujours sur- chauffée quand elle entre dans--le convertisseur et, si la surchauffe est forte, la vapeur entrant dans le convertisseur est exagérément surchauffée à certains moments.
En effet, pour que la vapeur d'eau dans le mélange soit tou- jours surchauffée à son entrée dans le convertisseur, le degré de surchauffe doit tenir compte des pertes de chaleur que subissent les gaz dans les cana-
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lisations qui les véhiculent vers le convertisseur. Ces pertes de chaleur dépendent des circonstances momentanées telles que la température de l'oxy- gène, la composition du mélange, l'action refroidissante des parois des conduites, laquelle dépend notamment du débit du mélange et de la tempéra- ture extérieure.
Par le fait que l'alimentation des convertisseurs est intermit- tente et qu'elle est soumise à de brusques et importantes variations, il n'est pas possible de réaliser automatiquement le degré de surchauffe conve- nable, uniquement sous le contrôle de thermorégulateurs.
Au moment où on substitue au soufflage à l'air éventuellement enrichi en oxygène, le mélange de vapeur d'eau et d'oxygène, il y a un brus- que et important appel de vapeur d'eau et il se passe un certain temps avant que l'apport de chaleur au surchauffeur ait pu s'adapter aux nouvelles con- ditions de fonctionnement. Il en résulte une chute de température qui diffère suivant les caractéristiques de l'installation mais qui, dans certains cas, par exemple, lorsque le surchauffeur ne possède qu'une faible réserve calo- rifique, peut devenir très importante. Ce défaut est particulièrement sensi- ble lorsque le surchauffeur qu'on utilise sert uniquement pour l'alimenta- tion du ou des convertisseurs.
Il s'aggrave par le fait que c'est au début de la phase de soufflage du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau que les cau- ses de refroidissement du mélange agissent le plus intensément.
Pour remédier à cet inconvénient, suivant l'invention, on règle la quantité de chaleur nécessaire à la surchauffe de la vapeur, simultané- ment en fonction du débit de vapeur et de la température de celui des deux constituants du mélange qui passe dans un appareil de chauffage, de manière que, dans le mélange entrant dans le convertisseur, la vapeur soit à l'état surchauffé.
En opérant de cette façon, on peut rendre négligeable le retard dans l'apport de chaleur au sur chauffeur lorsque le débit de vapeur augmente brusquement et on peut éviter que la température de surchauffe puisse tomber en-dessous de la limite inférieure de sécurité, limite en-dessous de la- quelle la température de la vapeur dans le mélange entrant dans le conver- tisseur cesse d'être supérieure, par exemple à la température de saturation de la vapeur d'eau dans ce mélange.
Le réglage de la quantité de chaleur fournie au surchauffeur en fonction du débit de vapeur ne doit pas nécessairement être proportion- nel à ce débit. On peut, par exemple, augmenter fortement la possibilité de fourniture de chaleur au surchauffeur dès que la vapeur entre dans le convertisseur et réduire cette possibilité sous le contrôle de la tempéra- ture du mélange entrant dans le convertisseur de façon que la vapeur ne soit pas exagérément surchauffée en cas de faible débit mais qu'elle soit cependant toujours suffisamment surchauffée, même dans le cas de la consom- mation maximum de vapeur par le convertisseur.
Dans le procédé suivant l'invention, on maintient donc l'appa- reil de surchauffe de la vapeur à bonne température à l'aide d'une source de chaleur à fonctionnement permanent et, en outre, pendant les périodes de soufflage on effectue un apport supplémentaire de chaleur qu'on contrôle, automatiquement ou non, par le débit de vapeur envoyé au convertisseur et par la température du mélange entrant dans le convertisseur.
Dans le but de parfaire le réglage de la température du mélange gazeux contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau entrant dans le conver- tisseur, on règle en outre la quantité de chaleur nécessaire à la surchauf- fe de la vapeur en fonction de la température du mélange envoyé dans le con- vertisseur, à proximité de celui-ci.
Il est avantageux de porter le mélange à une température suffi- sante pour que, à l'entrée du convertisseur, la température du mélange soit encore supérieure à 150 C et, de préférence, comprise entre 175 C et 225 C.
Le procédé suivant l'invention peut avantageusement être réali-
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sé dans une installation comprenant un convertisseur, une conduite pour l'introduction dans ce convertisseur d'un mélange gazeux contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau surchauffée et un appareil de chauffage d'au moins un des constituants de ce mélange caractérisée par le fait que le dit appareil de chauffage comprend deux sources de chaleur indépendantes l'une de l'autre, dont l'une est pourvue d'un moyen de réglage placé sous le con- @ trôle du débit de vapeur et/ou de l'oxygène et dont l'autre est pourvue d'un moyen de réglage placé sous le contrôle de la température du fluide ou d'un des fluides sortant de l'appareil de chauffage.
Suivant une forme d'exécution particulière, l'installation comprend autant de surchauffeurs de la vapeur d'eau qu'il y a de convertis- seurs, chaque surchauffeur étant équipé, d'une part, d'un brûleur à gaz ou à combustible liquide à fonctionnement permanent pourvu d'une vanne d'admis- sion de combustible dont l'ouverture est contrôlée par la température de la vapeur surchauffée sortant du surchauffeur et, d'autre part, d'un brûleur à gaz ou à combustible liquide à fonctionnement intermittent pourvu d'une van- ne d'admission de combustible dont l'ouverture est commandée par le débit de vapeur pénétrant dans le surchauffeur correspondant et dont la fermeture est provoquée en l'absence de débit de vapeur dans le surchauffeur.
Suivant une autre forme d'exécution particulière, l'installa- tion suivant l'invention comprend un surchauffeur de la vapeur d'eau équipé, d'une part, d'un bruleur à gaz ou à combustible liquide à fonctionnement per- manent pourvu d'une vanne d'admission de combustible dont l'ouverture est contrôlée par la température de la vapeur surchauffée sortant du surchauf- feur et, d'autre part, d'autant de brûleurs à gaz ou à combustible liquide à fonctionnement intermittent qu'il y a de convertisseurs, chaque brûleur à fonctionnement intermittent étant pourvu d'une vanne d'admission de combus- tible dont l'ouverture est commandée par le débit de vapeur allant au conver- tisseur correspondant au dit brûleur, la dite vanne étant fermée en l'absen- ce de débit de vapeur vers le convertisseur correspondant.
Quelle que soit la forme d'exécution adoptée, il est avantageux que chaque vanne à ouverture intermittente soit une vanne motorisée dont le moteur est alimenté sous le contrôle d'un relais excité par un débit-mètre actionné par le débit de vapeur.
Suivant une autre particularité avantageuse de l'installation suivant l'invention, chaque brûleur à fonctionnement intermittent est en ou- tre contrôlé par la température du mélange entrant dans le convertisseur, à l'aide d'un thermorégulateur placé à proximité du convertisseur.
En d'autres termes, chaque brûleur à fonctionnement intermittent est alors soumis à un double réglage: l'un dépendant de la consommation de vapeur par le convertisseur correspondant et l'autre dépendant de la tempéra- ture du mélange près de son entrée dans le convertisseur.
Suivant une autre particularité de l'installation suivant l'in- vention, les conduites où la vapeur surchauffée circule entre l'appareil de chauffage et le convertisseur sont entourées, tout au moins sur une partie de leur longueur au voisinage du convertisseur, par une enveloppe dans la- quelle circule de la vapeur à une température et sous un débit tel que la vapeur entrant dans le convertisseur et dont la température est contrôlée par la dite enveloppe ait sa température maintenue au-dessus du point de ro- sée.
En alimentant l'enveloppe susdite sous pression constante (au besoin par l'action d'un détendeur), à l'aide de vapeur à une température supérieure au point de rosée de la vapeur allant au convertisseur et en mu- nissant cette enveloppe d'un purgeur d'eau condensée, on stabilise automati- quement la température de cette enveloppe, ce qui permet, par le choix judi- cieux de la pression de la vapeur dans l'enveloppe, de maintenir les condui- tes de vapeur à une température supérieure au point de rosée (température de saturation) de la vapeur allant au convertisseur.
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Cette invention est évidemment applicable quelle que soit la façon dont est fait le chauffage d'un ou de plusieurs des constituants du mélange à introduire dans le convertisseur.
Au lieu de moduler proportionnellement au débit de vapeur l'ou- verture de la vanne qui contrôle le passage de l'agent de chauffage à la source de chaleur à fonctionnement intermittent, on peut aussi ouvrir complè- tement cette vanne au moins à partir du moment où la vapeur est envoyée dans le convertisseur.
L'installation suivant l'invention permettant d'agir de cette façon comprend alors une conduite d'échappement permettant la circulation de vapeur dans l'appareil de chauffage pendant les arrêts dusoufflage de vapeur dans le convertisseur, une source de chaleur à fonctionnement permanent capa- ble d'empêcher la condensation de la vapeur dans cet appareil de chauffage pendant ces arrêts, une source de chaleur à fonctionnement intermittent, pour- vue d'une vanne qui est normalement fermée pendant les arrêts du soufflage à la vapeur d'eau et qui peut être ouverte dès que commence l'introduction de la vapeur dans le convertisseur et un moyen de réglage du degré d'ouverture de cette vanne sous l'influence de la température du mélange contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau près de l'entrée du convertisseur.
Dans une forme d'exécution particulière, l'ouverture de la van- ne qui contrôle l'alimentation de la source de chaleur à fonctionnement inter- mittent et l'établissement d'une connexion entre un appareil mesureur de la température du mélange contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau près de l'entrée du convertisseur et un thermorégulateur qui règle le degré d'ouver- ture de la vanne susdite, sont commandés en même temps que l'ouverture de la vanne pour l'admission de la vapeur dans le convertisseur.
Mais l'installation peut également être réalisée sans que l'ou- verture de la vanne qui contrôle l'alimentation de la source de chaleur à fonctionnement intermittent soit commandée automatiquement en même temps que l'ouverture de la vanne d'admission de vapeur dans le convertisseur. Dans ce cas, la vanne susdite est ouverte par l'opérateur au moment où il le juge opportun, par exemple, un peu avant de commencer le soufflage à la vapeur.
Dans ce cas, l'appareil de chauffage de la vapeur peut donc déjà être en pleine activité un peu avant que la vapeur soit envoyée dans le convertis- seur.
Une autre variante de l'installation suivant l'invention com- prend undébit-mètre quimesure le débit de vapeur pénétrant dans l'appareil de chauffage et qui est situé en un point de la conduite d'amenée de vapeur à l'appareil de chauffage où la pression, la température et le titre de la vapeur sont maintenus substantiellement constants, un débit-mètre qui mesure le débit d'oxygène, un régulateur de proportion influencé par ces deux dé- bits-mètres et un détendeur de vapeur situé en amont du débit-mètre qui me- sure le débit de celle-ci.
Cette variante permet de régler avec précision la composition du mélange en dépit des variations de pression et de température que l'oxy- gène et la vapeur d'eau utilisés pour former le mélange subissent pendant la conversion.
Lorsqu'on dispose de vapeur surchauffée, l'installation suivant l'invention est alors caractérisée en ce qu'entre le débit-mètre qui mesure le débit de vapeur et le détendeur situé en amont de lui, est prévue une cham- bre de détente de la vapeur surchauffée qui est conditionnée de façon à empê- cher une perte calorifique sensible de la vapeur qui la traverse, en ce qu'à la sortie de cette chambre est disposé un appareil de mesure de la températu- re de la vapeur qui influence un appareil réglant l'injection, dans la con- duite d'amenée de vapeur sèche, d'eau ou de vapeur saturée,
dans une propor- tion telle que la température de la vapeur à la sortie de la chambre de dé- tente soit maintenue sensiblement constante à une valeur supérieure à la température de saturation qui correspond à la pression de la vapeur à la sortie de la chambre de détente et en ce que le débit-mètre qui mesure le
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débit d'oxygène est un appareil qui donne automatiquement la mesure du dé- bit ramenée à une pression et à une température constantes, quelle que soit la pression et la température effectives de l'oxygène dont le débit est me- suré.
Dans le présent mémoire, l'expression "vapeur sèche" désigne¯ non seulement une vapeur qui ne contient pas d'eau sous forme liquide mais également une vapeur dans laquelle la teneur en eau liquide n'est que de quelques pourcents, par exemple au maximum 5 %.
L'emploi, en amont du surchauffeur, d'une chambre de détente dans laquelle de la vapeur sèche est admise et qui est conditionnée de fa- çon à empêcher que la vapeur qui la traverse subisse une perte calorifique sensible (chambre qui est, par exemple, calorifugée) a comme effet de sta- biliser la pression à la sortie de la chambre de détente. La température de la vapeur en cet endroit est influencée par la quantité d'eau ou de vapeur saturée qui est introduite dans la vapeur sèche avant l'entrée dans la cham- bre de détente. Cette quantité est contrôlée par l'appareil mesureur de la température à la sortie de cette chambre dans des conditions telles que si cette température augmente, la quantité d'eau ou de vapeur saturée admise dans la vapeur sèche augmente également afin d'abaisser la température à la sortie de la chambre de détente et inversement.
Par ce moyen, cette tempé- rature est donc sensiblement stabilisée. Le réglage est effectué de façon que la température sensiblement constante obtenue soit supérieure à la tem- pérature de saturation qui correspond à la pression de la vapeur à la sor- tie de la chambre de détente. Le titre de la vapeur est donc sensiblement constant en même temps que sa pression et sa température. On peut donc con- naftre facilement avec une précision suffisante, le poids de la vapeur en- trant dans le surchauffeur par unité de temps.
D'autre part, il existe des débits-mètres qui, bien qu'ils soient influencés par un débit de gaz à pression et à température varia- bles, donnent automatiquement la valeur dudébit ramenée à une pression et à une température constantes. En faisant agir des débits-mètres qui mesu- rent les débits en poids de la vapeur et de l'oxygène, sur un régulateur de proportion, on peut donc régler avec précision la composition du mélan- ge de vapeur d'eau surchauffée et d'oxygène qu'on introduit dans le conver- tisseur, malgré les importantes et brusques variations du débit de ce mé- lange.
Dans une forme d'exécution particulière, la chambre de déten- te susdite est munie d'une enveloppe de vapeur qui maintient sa paroi à une température supérieure à la température de saturation de la vapeur dé- tendue dans la chambre.
Cette forme d'exécution est particulièrement utile lorsque la vapeur qui alimente l'installation n'est que peu surchauffée.
Lorsqu'on dispose de vapeur saturée, une variante de l'instal- lation selon l'invention est caractérisée en ce qu'entre le débit-mètre qui mesure le débit de vapeur et le détendeur situé en amont de lui est prévue une chambre de détente de la vapeur qui constitue en même temps un échan- geur de chaleur chauffant la vapeur dans une mesure telle que sa température soit maintenue sensiblement constante à une valeur supérieure à la tempéra- ture de saturation qui correspond à la pression de la vapeur à la sortie de la chambre de détente et en ce que le débit-mètre qui mesure le débit d'oxy- gène est un appareil qui donne automatiquement la mesure du débit ramenée à une pression et à une température constantes, quelle que soit la pression et la température effectives de l'oxygène dont le débit est mesuré.
Le chauffage de la vapeur pendant sa détente peut avantageuse- ment être effectué à l'aide de vapeur à une pression supérieure à la pres- sion à la sortie de la chambre de détente, cette vapeur passant, par exem- ple, dans une chemise qui entoure le détendeur ou autour de tubes traversés par la vapeur en cours de détente.
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On peut régler la pression de la vapeur surchauffée, en vue de son mélange à l'oxygène et à son envoi dans le convertisseur, à l'aide d'un détendeur prévu après la sortie du surchauffeur. En d'autres termes, la chambre de détente ne doit pas nécessairement fournir de la vapeur à surchauffer qui soit déjà à la pression qui convient pour son mélange à l'oxygène et son utilisation dans le convertisseur.
L'invention a également comme objet une autre variante de l'in- stallation pour la réalisation du procédé suivant l'invention comprenant un convertisseur, une conduite pour l'introduction, dans ce convertisseur, d'un mélange gazeux contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau surchauffée et un appareil de chauffage de la vapeur, cette installation comprenant, en ou- tre,une conduite d'échappement permettant d'assurer, pendant les arrêts du soufflage de vapeur d'eau dans le convertisseur, la circulation de la va- peur dans l'appareil servant au chauffage de celle-ci, une source de cha- leur capable d'assurer, d'une part, d'une manière permanente le maintien de l'appareil de chauffage de la vapeur à une température telle que la conden- sation de cette vapeur dans le dit appareil soit empêchée et, d'autre part,
pendant les périodes de soufflage à l'aide du mélange d'oxygène et de va- peur, un chauffage de celle-ci tel qu'elle soit surchauffée à son entrée dans le convertisseur.
Suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse, cette variante de l'installation suivant l'invention comprend une chaudière, un surchauffeur alimenté par cette chaudière et, en communication avec le convertisseur, un foyer dont les gaz chauds peuvent chauffer la chaudière et le surchauffeur, une vanne pour le contrôle du passage des gaz chauds dans le surchauffeur, des moyens permettant d'ouvrir complètement cette van- ne au moins à partir du moment où on commence le soufflage à la vapeur, et des moyens pour régler progressivement le degré d'ouverture de cette vanne, sous le contrôle automatique de la température du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, près de l'entrée du convertisseur au fur et à mesure que cet- te température monte.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui re- présentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes d'exécution de l'installation pour la conversion de fonte en acier, suivant l'invention.
La figure 1 est un schéma d'une installation suivant l'inven- tion, dans le cas d'un seul convertisseur.
La figure 2 représente, avec plus de détails, la partie de l'installation suivant la figure 1 en rapport direct avec le surchauffeur.
La figure 3 représente une partie d'une autre installation suivant l'invention, dans le cas de deux convertisseurs alimentés par un surchauffeur unique.
La figure 4 représente une partie d'une autre installation sui- vant l'invention dans le cas où un surchauffeur unique doit alimenter deux convertisseurs ainsi que des appareils fonctionnant sous une pression supé- rieure à celle des convertisseurs.
La figure 5 représente une partie d'une autre installation sui- vant l'invention comprenant deux vannes de soufflage pour l'alimentation d'un seul convertisseur.
La figure 6 est un schéma d'une installation dans laquelle un mélange de l'oxygène et de la vapeur surchauffée circule dans une canalisa- tion qui, jusqu'à proximité de son raccordement au convertisseur, est munie d'une enveloppe de vapeur.
Les figures 7 à 10 sont des schémas d'autres installations sui- vant l'invention dans lesquelles la surchauffe de la vapeur est réalisée dans des conditions particulières.
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La figure 11 représente schématiquement une variante de l'in- stallation suivant l'invention permettant de faire succéder à un soufflage à l'air éventuellement enrichi en oxygène, un soufflage à l'aide d'un mé- lange précis d'oxygène et de vapeur d'eau, la vapeur d'eau dont on dispose initialement étant de la vapeur sèche.
La figure 12 représente une variante d'une particularité de l'installation suivant la figure 11.
La figure 13 représente une autre variante de l'installation suivant l'invention dans le cas où on ne dispose initialement que de vapeur saturée.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté une installation pour la conver- sion de fonte en acier comprenant un convertisseur 2 qu'on peut alimenter successivement à l'aide d'air éventuellement enrichi en oxygène et à l'aide d'un mélange contenant de l'oxygène et de la vapeur d'eau surchauffée. L'air atmosphérique est amené par une conduite 3 et il est enrichi en oxygène par de l'oxygène provenant d'une conduite 4 communiquant avec une source d'oxy- gène 5. Le mélange d'air et d'oxygène provenant des conduites 3 et 4 est en- voyé par une conduite 6 au convertisseur 2. Cette conduite est pourvue d'une vanne de soufflage 7. De la vapeur d'eau amenée par une conduite 8 peut être surchauffée dans un surchauffeur 9 avant d'être mélangée à de l'oxygène ame- né par une conduite 10.
Cet oxygène provient également de la source 5.
Le mélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée passe dans une conduite 11 en communication avec la conduite de soufflage 6. Les condui- tes 3, 4, 11, 10 et 8 sont pourvues de vannes désignées respectivement par 12, 13, 14, 15 et 16.
Le surchauffeur 9 de la figure 1 est représenté avec plus de détails à la figure 2. On voit qu'il comprend deux brûleurs à gaz ou à com- bustible liquide 17 et 18 constituant deux sources de chaleur indépendantes l'une de l'autre. Le brûleur 17 est pourvu d'une vanne 19 servant à régler la quantité de combustible amenée à ce brûleur. Celui-ci est à fonctionne- ment intermittent. L'ouverture de la vanne 19 est commandée par le débit de vapeur pénétrant dans le convertisseur 2 et la fermeture de cette vanne est provoquée en l'absence de débit de vapeur dans le convertisseur. L'ou- verture de la vanne 19 est commandée par un moteur 20 dont l'alimentation est contrôlée par un relais 21 excité par un débit-mètre 22 placé sur la conduite 8.
Le brûleur 18 est à fonctionnement permanent. Il est pourvu d'une vanne 23 servant à contrôler la quantité de combustible qui lui est amenée. L'ouverture de cette vanne est contrôlée par la température de la vapeur surchauffée sortant sur surchauffeur 9. La vanne 23 est actionnée par un thermorégulateur 24 placé sous la dépendance d'un pyromètre 25 dis- posé dans ou sur la conduite sortant du surchauffeur.
Le brûleur à fonctionnement intermittent 17 est, en outre, con- trôlé par la température dumélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée près de l'entrée du convertisseur. Ce contrôle supplémentaire est effectué par l'intermédiaire d'une vanne 26 actionnée par un thermorégulateur 27 pla- cé sous la dépendance d'un pyromètre 28 (figure 1) situé près de la vanne de soufflage. La liaison entre le thermorégulateur 27 et le pyromètre 28 est schématisée par la ligne en traits interrompus 29.
Le brûleur à fonctionnement permanent 18 est capable de mainte- nir le surchauffeur 9 à bonne température pendant les périodes où le conver- tisseur 2 ne consomme pas de vapeur. Un certain débit de vapeur peut être maintenu dans le surchauffeur pendant que le convertisseur ne consomme pas de vapeur, grâce à une vanne de fuite 30.
En période d'inactivité du convertisseur, les différentes van- nes représentées sont fermées. En période de travail, la vanne 16 ainsi
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qu'une vanne 31 à la sortie de la source d'oxygène 5 sont ouvertes. Avant chaque opération de conversion, on ouvre la vanne 12 tandis que les vannes 7, 13, 14 et 15 restent fermées. On ouvre également la vanne de fuite 30 afin de provoquer dans la conduite 8 un courant de vapeur surchauffée desti- né à échauffer cette conduite. On ferme cette vanne 30 pendant la période où l'on admet au convertisseur, le mélange contenant de la vapeur d'eau.
Pendant une opération de conversion, on commence par souffler de l'air éventuellement enrichi en oxygène et, pour cela, on ouvre d'abord la vanne 7 puis éventuellement la vanne 13. On relève le convertisseur 2 et on règle la marche de la conversion en agissant, de la manière habituelle, sur la vanne de soufflage 7. Eventuellement, on règle la concentration en oxygène du mélange soufflé dans le bain en agissant sur un relais 131 qui est influencé à la fois par des débits-mètres 32 et 33 mesurant respective- ment le débit d'air atmosphérique et le débit d'oxygène. Ce relais 131 com- mande une vanne 34 de réglage du débit d'oxygène.
Pour passer à la deuxième phase de soufflage, on ferme la van- ne 13 et on ouvre les vannes 14 et 15 puis on ferme progressivement la vanne 12. On règle l'allure de cette deuxième phase en agissant sur la vanne de soufflage 7.
Pendant cette phase, la concentration en oxygène du mélange d'oxy- gène et de vapeur d'eau surchauffée est réglée par une vanne 35 commandée par un relais 36 placé sous la dépendance des débits-mètres 33 et 22. Lorsque la conversion est terminée, on rabat le convertisseur 2 et on ferme la vanne de soufflage 7. Ensuite, on ferme les vannes 14 et 15 et on ouvre la vanne 12 et éventuellement la vanne 30.
Les débits-mètres 22,32 et 33 sont, de préférence, du type avec correction de pression et de température donnant les débits réels en poids, de la vapeur, de l'air et de l'oxygène.
L'installation représentée à la figure 1 comprend également une vanne 37 dont la position est contrôlée par l'inclinaison du convertisseur 2.
Cette vanne est destinée à supprimer l'enrichissement de l'air en oxygène lors- que le convertisseur 2 est abaisséo Elle est normalement ouverte mais un con- tacteur 38 monté sur un tourillon 39 du convertisseur met en action un moteur 40 qui ferme la vanne 37 lorsque, par exemple, le convertisseur est incliné de moins de 45 sur l'horizontale.
L'installation représentée à la figure 1 comprend, en outre, deux détendeurs 41 et 42 servant à détendre respectivement l'oxygène et la va- peur d'eau, un clapet anti-reflux 53 et un purgeur 54. Le détendeur 42 est disposé en amont du surchauffeur de vapeur 9.
Si l'installation suivant l'invention comprend plusieurs con- vertisseurs, elle peut comprendre autant de surchauffeurs de la vapeur d'eau qu'il y a de convertisseurs, chacun de ces surchauffeurs étant équipé, de deux sources de chaleur indépendantes comme le surchauffeur 9 de la figure 2.
Dans le cas de plusieurs convertisseurs, l'installation peut aus- si comprendre un surchauffeur de vapeur unique 9' (figure 3). Ce surchauffeur est équipé d'un brûleur à gaz ou à combustible liquide à fonctionnement per- manent 18 jouant le même rôle que le brûleur 18 de la figure 2. Le surchauf- feur 9' est en outre équipé de brûleurs à gaz ou à combustible liquide à fonc- tionnement intermittent 17' et 17", Le nombre de ces brûleurs à fonctionne- ment intermittent est égal à celui des convertisseurs à alimenter. Chacun de ces derniers brûleurs est pourvu d'une vanne d'admission de combustible dont l'ouverture est commandée par le débit de vapeur allant au convertisseur cor- respondant, la dite vanne étant fermée en l'absence de débit de vapeur dans la conduite allant au convertisseur.
Les débits-mètres mesurant la quantité de vapeur s'écoulant vers chaque convertisseur sont désignés par 22' et 22". Toutes les notations de référence comprenant le signe 'ou " désignent des éléments analogues à ceux désignés aux figures 1 et 2 par ces notations sans ces signes.
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Le surchauffeur de l'installation suivant l'invention peut ser- vir à alimenter d'autres appareils que des convertisseurs, fonctionnant à une pression supérieure à ceux-ci, à condition que le détendeur de vapeur 42, au lieu d'être placé en amont du surchauffeur comme dans l'installation suivant les figures précédentes, soit placé en aval de ce surchauffeur comme représen- té à la figure 4. La conduite alimentant les autre appareils que les conver- tisseurs est alors branchée sur la conduite de vapeur surchauffée entre le surchauffeur et le détendeur 42.
A la figure 5, on a représenté une autre variante de l'installa- tion suivant l'invention dans laquelle on fait usage de deux vannes de souffla- ge 7' et 7" au lieu de la vanne unique 7 de la figure 1. Dans ce cas, les van- nes 12 et 14 de la figure 1 sont suppriméeso Pendant la première phase, l'opé- rateur règle l'allure de la conversion en agissant sur la vanne 7'. Au moment du passage de la première à la deuxième phase, il ferme la vanne 13 et il ou- vre la vanne 15 puis il ouvre la vanne 7" et il ferme progressivement la van- ne 71. Pendant la deuxième phase, l'opérateur règle l'allure de la conversion en agissant sur la vanne 7".
Les vannes 19, 19' et 19" des figures 2 et 3 sont commandées de façon à être, soit complètement ouvertes, soit complètement fermées. Elles fonctionnent par "tout" ou rien". Toutefois, il est plus avantageux de faire varier le débit instantané de combustible en fonction du débit instantané de vapeur de manière à réaliser un apport de chaleur substantiellement propor- tionnel à la quantité de vapeur à surchauffer. En d'autres termes, il y a lieu d'utiliser, à cet effet, un relais à réglage modulé.
Dans l'installation représentée à la figure 6, le surchauffeur comprend essentiellement une paroi calorifuge limitant une chambre avec la- quelle communiquent les conduites 8 et 10. Le mélange de vapeur d'eau et d'oxygène formé à l'entrée de cette chambre circule à l'extérieur d'un tuyau à ailettes 55 parcouru par le fluide chauffant constitué, par exemple, par de la vapeur saturée sous pression ou par de la vapeur surchauffée. La vapeur de chauffage est fournie par une chaudière non représentée avec laquelle le tuyau à ailettes 55 communique par une conduite 56. La température de cette vapeur est suffisante pour pouvoir porter la vapeur d'eau mélangée à l'oxygène à une température telle qu'elle soit à l'état surchauffé à son entrée au convertis- seur.
Pour empêcher que la vapeur surchauffée dans le surchauffeur puisse se refroidir dans une mesure telle qu'elle ne soit plus surchauffée à son arrivée dans le convertisseur, il est prévu, autour de la conduite entre le surchauffeur et le convertisseur, une enveloppe 60 contenant de la vapeur à pression constante et à température supérieure au point de rosée de la va- peur allant au convertisseur. La vapeur admise dans l'enveloppe 60 est four- nie par une source de vapeur, non représentée, en passant par une vanne 61 organisée en détendeur si la pression de la source est trop élevée. La va- peur condensée peut être évacuée par un purgeur 62. La vapeur à pression constante fournie par la vanne ou le détendeur 61 pénètre dans l'enveloppe 60 au fur et à mesure que la condensation progresse.
L'enveloppe est donc maintenue automatiquement à température sensiblement constante par suite de la consommation variable de la vapeur en fonction des pertes calorifiques.
A la sortie du surchauffeur 9, le tuyau 55 est équipé d'un pur- geur 54 et d'une vanne de fuite 57. Celle-ci est asservie à la vanne 14 qui contrôle le débit d'oxygène et de vapeur surchauffée s'écoulant vers le con- vertisseur 2. L'asservissement est réalisé, par exemple, à l'aide du moteur électrique 20 dont l'alimentation est contrôlée par le relais 21 influencé par le degré d'ouverture de la vanne 14. Il est tel que la vanne 57 s'ouvre d'autant plus que le débit du mélange de vapeur surchauffée et d'oxygène pas- sant dans la vanne 14 est plus grand et inversement.
Dans l'installation suivant la figure 7, le brûleur 17 est pour- vu d'une vanne 19 qui est normalement fermée quand de la vapeur n'est pas in- troduite dans le convertisseur 2 mais qui est ouverte quand celui-ci regoit de la vapeur. L'ouverture de la vanne 19 est commandée en même temps que l'ouver-
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ture de la vanne 14 du circuit de vapeur.
La ligne 63 schématise la liaison, par exemple, une liaison électrique, entre la vanne 14 et le relais 21 qui contrôle le moteur 20 de la vanne 19.
Une vanne 19', montée en série avec la vanne 19, est ouverte complètement pendant les arrêts dusoufflage à la vapeuret est contrôlée par un thermorégulateur 27' qui, par un circuit électrique ou pneumatique 29', est en liaison avec le pyromètre 28 qui mesure la température du mélange près de l'entrée du convertisseur. Le régulateur 27' règle le degré d'ouverture de la vanne 19' de manière à maintenir, entre les limites choisies, la tem- pérature du mélange influençant le pyromètre 28. Par l'emploi de régulateurs appropriés de types connus, le régulateur 27' et le relais 21 ainsi que les deux vannes 19 et 19' peuvent être combinés en un seul régulateur et une seule vanne. La ligure 8 représente cette réalisation.
Dans les formes d'exécution suivant les figures 7 et 8, si la liaison 63 entre la vanne de vapeur 14 et la vanne de combustible 19 n'exis- tait pas, on pourrait ouvrir celle-ci indépendamment du débit de vapeur vers le convertisseur. On pourrait alors ouvrir la vanne 19 un certain temps avant la vanne 14 et chauffer fortement le surchauffeur avant d'y admettre la va- peur à surchauffer. La vanne 19 resterait cependant normalement fermée pen- dant les arrêts du soufflage à la vapeur d'eau. Dès que la vanne 14 serait en- suite ouverte, la températuremesurée par le pyromètre 28 contrôlerait le de- gré d'ouverture de la vanne 19.
La variante suivant la figure 9 diffère de celle suivant la fi- gure 7 par le fait que la vanne 19, le moteur 20, le relais 21 et la liaison 63 avec la vanne 14 sont supprimés tandis que la liaison électrique 29' est pourvue d'un interrupteur 64' normalement ouvert mais qui est fermé pendant les périodes d'admission de vapeur au convertisseur. A cet effet, l'interrup- teur 64' est fermé à l'intervention d'un relais 63' qui est excité lorsque la vanne 14 est ouverte.
L'interrupteur 64' peut aussi être fermé à la main un certain temps avant l'ouverture de la vanne 14.
Dans l'installation suivant la figurelO, le surchauffeur 9 est chauffé par les gaz d'un foyer 65 lorsqu'une vanne 66 prévue sur une conduite d'échappement 67 est ouverte. Le surchauffeur 9 est alimenté par une chau- dière 68 qui peut également être chauffée par les gaz dufoyer 65. Celui-ci est pourvu de brûleurs 69 dont l'alimentation est contrôlée par une vanne 70 dépendant de la pression de la vapeur dans la chaudière. Une liaison 71 et un moteur 72 schématisent la dépendance entre la vanne 7o et un pressiomètre 73. Une vanne 74 dont est pourvue une conduite d'échappement des gaz hors de la chaudière 68 contrôle le passage des gaz chauds dans celle-ci.
La vanne 66 peut être maintenue légèrement ouverte sous le con- trôle du pyromètre 25 pour que la vapeur ne puisse jamais se condenser dans le surchauffeur 9 Cette vanne est ouverte complètement pour assurer un brus- que apport de calories quand on ouvre la vanne 14 de passage de la vapeur vers le convertisseur. Les vannes 66 et 74 peuvent être enclenchées de façon que l'ouverture de l'une provoque la fermeture de l'autre et inversement. De cet- temanière, pendant les périodes de soufflage à la vapeur, la vanne 66 étant ouverte en grand, la vanne 74 est partiellement ou totalement fermée et les gaz chauds du foyer passent en grande partie, ou en totalité, dans le surchauf- feur.
Au cours du soufflage, la montée de la température en 28 près de l'en- trée du convertisseur peut fermer progressivement la vanne 66 afin d'éviter une trop forte surchauffe de la vapeur.
La grande ouverture de la vanne 66 et la fermeture de la vanne 74 ne doivent pas nécessairement être asservies à l'ouverture de la vanne 14.
Cesmanoeuvres des vannes 66 et 74 pourraient être effectuées, par exemple, un peu avant l'ouverture de la vanne 14.
Il va de soi, que si le surchauffeur 9 de l'installation suivant l'invention est parcouru en permanence par de la vapeur parce qu'il alimente
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d'autres appareils que le convertisseur 2, la vanne de fuite 30 n'est plus''' indispensable pour que l'installation comprenne un dispositif assurant une circulation de la vapeur dans le surchauffeur pendant les interruptions du soufflage.
Le pyromètre 25 de la figure 7 pourrait, au lieu de mesurer la température de la vapeur, mesurer la température de la conduite 8 ou bien la température des fumées à la sortie du surchauffeur. Dans cette dernière variante, le pyromètre serait placé dans la chambre de fumées du surchauffeur
9. Par cette disposition, le maintien du surchauffeur à une température telle que la vapeur ne puisse pas s'y condenser en dehors des périodes d'envoi de vapeur au convertisseur, est assuré par le contrôle de la température des fumées, sans qu'il soit nécessaire de maintenir une circulation de vapeur dans le surchauffeur pendant les interruptions du soufflage.
Les connexions électriques entre les appareils de régularisa- tion peuvent être remplacées par des connexions pneumatiques ou hydrauliques.
Dans l'installation suivant la figure 10, deux vannes de souf- flage 7' et 7" sont prévues pour conduire la conversion. Quand on veut souf- fler à l'aide d'air éventuellement enrichi en oxygène, la vanne 7" est fermée et on règle l'allure de la conversion en agissant sur la vanne 7'. Quand on veut ensuite souffler à l'aide du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, on ferme d'abord la vanne 13 et on ouvre ensuite la vanne 15 puis on ouvre la vanne 7" et on ferme progressivement la vanne 7'.
L'ouverture de la vanne 19 est commandée par le débit de va- peur pénétrant dans le surchauffeur 9 etla fermeture de cette vanne est pro- voquée en l'absence de débit de vapeur dans la conduite 11. Un débit-mètre 22" connecté de part et d'autre d'un diaphragme 22' monté dans la conduite 8 excite le relais 21. Le débit d'oxygène est mesuré par un débit-mètre 33" connecté de part et d'autre d'un diaphragme 33' monté dans la conduite 4.
La conduite 8 est en communication, en amont du détendeur 42, avec une source de vapeursèche. Entre le débit-mètre 22'-22" et le détendeur 42 en amont de lui, est prévue une chambre de détente 75 qui est calorifugée de façon à éviter une perte calorifique pour la vapeur qui la traverse. Le débit-mètre 22'-22" se trouve donc à la sortie de cette chambre et mesure un débit sous une pression constante. Ce débit-mètre mesure, en outre, un débit de vapeur à température constante par suite de la disposition suivante :
Un appareil 76 mesure la température de la vapeur à la sortie de la chambre 75. Il influence, par une liaison 77, un appareil 78 contrôlant la position d'une soupape 79 qui règle la quantité d'eau oude vapeur saturée qui est injectée par une conduite 80 dans la conduite 8 amenant la vapeur sè- che.
La liaison 77 entre les appareils 76 et 78 est telle que la quantité d'eau ou de vapeur saturée passant dans la conduite 80 augmente quand la tem- pérature de la vapeur à la sortie de la chambre 75 augmente et qu'elle dimi- nue quand la température diminue à la sortie de cette chambre. Le réglage est tel que la température de la vapeur à la sortie de cette chambre reste sensiblement constante et qu'elle soit supérieure à la température de satura- tion de la vapeur pour la pression qui existe à la sortie de la chambre 75.
Grâce à la disposition qui vient d'être décrite, la vapeur qui sort de la chambre de détente 75 est maintenue à une pression, à une tempé- rature et à un titre substantiellement constants pendant toute la durée d'une conversion. Il en résulte que. le débit-mètre normal 22'-22" peut mesurer avec précision le débit réel en poids.
Le débit-mètre 33" utilisé pour mesurer le débit d'oxygène qui traverse le diaphragme 33' est munid'un dispositif, d'un type connu, de cor- rection du débit en fonction de lapression et de la température et donne donc automatiquement le débit en poids du gaz même lorsque la pression et la tem- pérature du gaz dont on mesure le débit varient.
Le relais 36 qui constitue un régulateur de proportion et qui est influencé par les débits-mètres 22" et 33" fonctionnant dans les condi- tions décrites ci-dessuspermet donc de déterminer avec précision la composi-
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tion du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée quiest introduit dans le convertisseur à un moment quelconque de la conversion.
Comme on le comprend aisément, la vanne 35, au lieu d'être mon- tée dans la conduite 10 pour contrôler le débit d'oxygène, pourrait être mon- tée dans la conduite 8 pour contrôler le débit de vapeur.
Un détendeur 81 est prévu après la sortie du surchauffeur 9 afin que la détente dans la chambre 75 sous l'action du détendeur 42 puisse être effectuée sans qu'on ait à s'occuper de la pression à laquelle la vapeur est introduite dans l'oxygène.
La conduite 11 dans laquelle circule le mélange d'oxygène et de vapeur d'eau surchauffée peut être soit calorifugée entièrement, soit en partie calorifugée et en partie chauffée par de la vapeur. A la figure 10, on a représentée une enveloppe de vapeur 82 autour d'une partie de la con- duite 11. Cette enveloppe de vapeur est portée à une température supérieure au point de rosée du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau circulant dans la con- duite 11, par de la vapeur amenée par une conduite 83 et dont le condensat est évacué par un purgeur 84.
Au lieu de simplement calorifuger la chambre de détente 75, on peut aussi la munir d'une enveloppe de vapeur de manière que sa paroi soit maintenue à une température supérieure à la température de saturation, de la vapeur détendue dans la chambre.
Une chambre de détente chauffée dans ces conditions est surtout avantageuse quand la vapeur amenée par la conduite 8 n'est que peu surchauffée ou ne l'est pas.
A la figure 11, la chambre de détente 75 est chauffée par une enveloppe de vapeur 85 alimentée en vapeur à pression supérieure à celle à la sortie de cette chambre, par une conduite 86. Le purgeur 87 est prévu pour l'évacuation de la vapeur condensée.
A la figure 12, on a représenté une chambre de détente 75 jouant le rôle d'une échangeur de chaleur dans laquelle de la vapeur saturée, qui a de préférence traversé un sécheur 88, passe dans des tubes 89 qui sont entou- rés de vapeur à une pression supérieure à la pression de la vapeur sortant de la chambre 75. Le chauffage de la vapeur qu'on détend est effectué dans une mesure telle que la température de la vapeur à la sortie de l'échangeur soit maintenu à une valeur sensiblement constante, supérieure à la température de saturation qui correspond à la pression de la vapeur à la sortie de la cham- bre de détente.
Dans cette forme d'exécution, il n'y a plus de dispositif d'in- troduction d'eau ou de vapeur d'eau dans la conduite d'amenée de vapeur, du genre de celui prévu dans les installations suivant les figures 10 et 11.
Il est évidentque l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes d'exécution représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifica- tions ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendica- tions suivantes.
R E V E N D ICATIONS.
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