WO1999032665A1 - Procede et dispositif de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier un four a cuve. - Google Patents

Procede et dispositif de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier un four a cuve. Download PDF

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WO1999032665A1
WO1999032665A1 PCT/BE1998/000150 BE9800150W WO9932665A1 WO 1999032665 A1 WO1999032665 A1 WO 1999032665A1 BE 9800150 W BE9800150 W BE 9800150W WO 9932665 A1 WO9932665 A1 WO 9932665A1
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WO
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gas
sampling
calibration
probe
tubes
Prior art date
Application number
PCT/BE1998/000150
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English (en)
Inventor
Roger Franssen
Claude Stolz
Original Assignee
Centre De Recherches Metallurgiques - Centrum Voor De Research In De Metallurgie
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/24—Test rods or other checking devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the time of transfer of gases in an enclosure, in particular in a shaft furnace such as a blast furnace, a device for its implementation and a calibration method. of the device in question.
  • Tm Tt - Tmp
  • Tm the transfer time of the gases within the process between two determined points
  • Tt the total time measured between the start of the measurement and the end of this measurement
  • Tmp is the withdrawal dead time.
  • Tmp is of the same order of magnitude as Tm
  • an incorrect estimate of Tmp becomes very detrimental given its influence on the measurement of Tm.
  • the measurement method of the invention is applicable to methods in which the value of Tmp cannot be neglected in magnitude with respect to Tm.
  • blast furnace charge is made up of superimposed layers, made up alternately of ore and fuel.
  • ore is intended to mean iron materials, generally prepared and agglomerated or in pellets and which may contain various substances, in particular fluxes.
  • fuel is meant carbonaceous materials composed essentially of coke.
  • the ore and the fuel are alternately loaded into the blast furnace so as to form, on its height, alternating layers of ferrifers and fuel.
  • a very important parameter in the aforementioned framework is the knowledge of the velocity field of the gases inside the blast furnace charge, and this preferably continuously, since information can be deduced therefrom to optimize the thermal and chemical yield. of the blast furnace in question.
  • this type of information can be used by various systems, expert or otherwise, to regulate the operation of installations using tank ovens.
  • various methods have been developed to overcome this drawback.
  • the present invention consists of a method and a device which eliminate certain drawbacks associated with the aforementioned methods via a different approach focused on determining the average transfer time of the gas present in the enclosure of the blast furnace between two points distinct from the latter.
  • the method for measuring the time of transfer of gases within an enclosure is essentially characterized in that at least one operation is carried out in which a gas, called tracer gas, at a point A or A 'of the enclosure, in that at least one operation is carried out in which the gas present there, point A or A, is taken at a point B of this same enclosure '' being different from point B, in that at least one operation is carried out in which the presence of the tracer gas in the gas sampled in B is detected, in that the time necessary for the tracer gas to pass from the point is deduced therefrom A or A 'at point B depending on the information obtained about the presence of the tracer gas via a detection system, and in that at least one in-situ measurement of the response time of the system performing the sampling is carried out.
  • B a measurement called process calibration.
  • the tracer gas is injected at a point on the wall of the enclosure, preferably at the level of a nozzle during application to an enclosure formed by a shaft furnace, in particular a blast furnace.
  • the tracer gas does not react chemically either with the substances present in the enclosure, or with the products generated there.
  • the tracer gas is injected in a quantity small enough not to disturb the course of the reactions taking place inside the enclosure in question.
  • the sampling of the gas in the enclosure is carried out at several points.
  • the gas is removed by means of a beam, placed above or below the upper level of the load contained in the enclosure and provided with several sampling points.
  • the samples are taken by probes which accompany the load contained in the enclosure, during its downward movement.
  • the concentration of certain components of said gas is determined by means of a spectrometer of mass.
  • FIG. 1 shows schematically the application of the principle of the measurement method of the invention in the case of the blast furnace.
  • the blast furnace (1) we can see the blast furnace (1), the injection nozzles (2), a measurement beam (3) provided with several sampling probes (4), the beam (3) being connected to an analysis device. (5).
  • the calibration operation proves to be necessary from the moment when it is desired to carry out continuous measurements with variable pressure and temperature conditions at the level of the temperature probe. sample. It is also necessary when the pressure drop in the sampling circuit changes over time, for example, following the gradual clogging of the gas filter elements included in a gas sampling unit.
  • a fundamental advantage of the method of the invention lies in its aspect of in-situ calibration, as opposed to a calibration carried out in the laboratory or outside the enclosure. It is obvious that this type of calibration carried out on the site of the measurements makes it possible to take account of the real state of the sampling device.
  • the calibration operation consists in injecting at the sampling point, relating to the equipment to be calibrated, a quantity of a determined gas and at measuring the time between said injection and the detection of the aforementioned gas in the sampling and detection equipment.
  • a sampling probe or cane which is made up of at least two tubes, at least one of said tubes serving to sample the gas present in the enclosure at the sampling point and being connected to analysis equipment sensitive to at least one component of the gas taken from the enclosure, and the other or at least one of the other tubes present serving for the injection of the aforementioned determined gas and being connected to equipment or supplying them with the aforementioned gas.
  • a sampling probe or rod which consists of at least two tubes arranged so that at least one of said tubes is used for taking the sample and that at least other tubes, not used for sampling, or used to inject the tracer gas at the end of the sampling rod
  • the following operations are carried out: 1) a gaseous mixture is formed, formed of a gas, preferably neutral, and tracer gas at low flow rate in the abovementioned tube or tubes used for injecting the tracer gas, thereby carrying out a purging operation intended to fill by means of said gaseous mixture the volume comprised in the tubes in question, said mixture s '' escaping from the end of the sampling rod towards the enclosure, 2) the gas or tubes mentioned above, used for sampling, are withdrawn from the enclosure to which mixed the tracer gas, the aforementioned tube or tubes used for sampling being connected to the detection system,
  • the instant t2 is determined, which is the moment when the variation in the concentration of tracer gas present in the sampled gas is detected by the analysis device to which the above-mentioned tube or tubes used for sampling are connected. question,
  • the duration t2-t0 is easily measurable and is a good approximation of t2-t1.
  • the difference t1 - tO can indeed be neglected because the transmission speed of the increase in pressure in a tube, of the order of the speed of sound, is very much higher than the usual gas displacement speeds
  • a gaseous mixture not containing the tracer gas is used in the operation and the same is carried out operations than before.
  • Another calibration method can also be used in the case where the sampling circuits are short, that is to say when the time Tmp is less, for example, 3 to 4 times the time Tm.
  • a sampling probe or rod which is made up of at least two tubes arranged in such a way that at least one of said tubes is used to carry out the sampling and that a at least other tubes, not used for sampling, or used to inject tracer gas at the end of the sampling rod, the following operations are carried out:
  • a gas called a calibration gas, which is free or has a low content of tracer gas, is sent at a rate such that the speed of the gas in the tube or tubes used for injection is significantly higher than that of the gas in the one or more tubes used for sampling, preferably 3 to 4 times the latter,
  • the transfer time in the sampling equipment is determined by the operation t2 - tO because the difference t1 - tO can be neglected if the abovementioned operating conditions are respected, that is to say if the speed in the tube or tubes used for injection is such that t1-t0 can be considered negligible or if the latter can be calculated with sufficient precision.
  • a sampling probe or rod is used, composed of two coaxial tubes, one being connected to operate the injection of the tracer gas and the other to draw the present gas. inside the enclosure.
  • FIG. 4a applies to the case where a gaseous mixture, formed of a gas, preferably neutral, is sent, and of tracer gas at low flow rate in the tube used to inject the tracer gas and where a sudden increase in the pressure of the aforementioned mixture is caused at an instant tO, and that FIG.
  • 4b applies to the case where the sampling circuits are short and to which a so-called calibration gas, free or with a low tracer gas content, is sent at a rate such that the speed of the gas in the tube used for injection is significantly higher than that of the gas in the tube used for sampling and where it is detected at a instant t2 via the analysis device connected to the sampling rod, a variation in tracer gas concentration.
  • FIG. 4a diagrams a device for implementing the measurement method according to the invention in the context of a blast furnace using a double-walled sampling probe (4) , the previous calibration operation can be described as follows:
  • purging is carried out by sending a mixture containing tracer gas which is in the tank (20) in overpressure relative to at the enclosure of the blast furnace, this mixture is introduced at low flow rate into the external tube (16) via the remote-controlled valve (18);
  • one takes part of the gas via the tube (17) and analyzes it by means of the detector (15) which will detect a low concentration of tracer gas;
  • the remote-controlled valve (19) is opened at time tO for a short time, which causes a pressure pulse, since the circuit of the valve (19) is designed so as to have a significantly lower pressure drop than the valve circuit (18); it follows that the pressure pulse propagates rapidly at the speed of sound in the gas to the end of the tube (16) where it causes an increase in flow rate at the end of the probe (4), and therefore an increase in the tracer gas concentration of the blast furnace gas passing near the end of the inner tube (17) takes place at time t1;
  • the transfer time in the blast furnace is determined by the operation t2 - tO because t1 - tO is negligible given the operating conditions, because the speed of sound in a tube is an order of magnitude several times greater than the gas movement speed.
  • the abovementioned calibration operation can be carried out as follows: - a probe (4) or double-walled sampling rod made up of two concentric tubes arranged so that the inner tube is used (17) is used to carry out the sampling and that the external tube (16) is used to send gas sampling at the end of the cane, the internal tube (17) being in sampling, the following operations are carried out: - we send, by action on the remotely controlled valve (21), a gas, called a calibration gas, free or with a low content of tracer gas, coming from the reservoir (22), said gas being sent at a rate such that the speed of the gas in the outer tube (16) is significantly greater than that of the gas in the sampling rod or inner tube (17), preferably 3 to 4 times the latter, - at time t0, by briefly opening the valve (18) connected to the reservoir (20) containing tracer gas, a pulse or additional quantity of tracer gas is sent in the calibration gas introduced into the outer tube (16) and the latter arrives at the inlet of the sampling rod (4) at
  • the transfer time in the sampling equipment is determined by the operation t2 - tO because the difference t1 - tO can be neglected if the abovementioned operating conditions are respected, that is to say if the speed in the outer tube is such that t1 - tO can be considered negligible or if the latter can be calculated with sufficient precision.
  • a sampling probe with a single tube applying in the case where the content of component analyzed in the gas of the enclosure differs sufficiently from the content of this component in a so-called purge gas so that the transition from one to the other is detectable by the analysis system, a shut-off valve being placed on the sampling, the following operations are carried out: 1) a stop valve placed on the sampling circuit is opened so as to put the latter in connection with the analysis device;
  • a purge valve is opened so as to send a so-called purge gas into the abovementioned sampling circuit, differentiable from the gas of the enclosure by one of its components selectively detectable by the analysis equipment, said operation being carried out for a time long enough for the entire section of piping going from the purge valve to the detector included in the equipment for analyzing the sampled gas to be purged;
  • the purge valve is then closed and wait until the pressure of the sampling circuit, on the purge valve side, is equal to the pressure prevailing in the enclosure; 5) the stop valve placed on the sampling circuit is opened at time t0 and the time t1 is noted when the equipment for determining the composition of the gas sampled detects the gas component of the enclosure to which it is sensitive.
  • the transfer time in the sampling circuit is determined by the operation t1-tO which allows its calibration.
  • FIG. 5 illustrates a way of carrying out the calibration explained in the previous modality in which a sampling probe (4) with a single tube is used and the gas present in the tank contains the tracer gas in detectable quantity or one of the components gas from the tank can be selectively detected by the equipment (15) for analyzing the sampled gas, a stop valve (23) being placed on the sampling circuit, the following operations are carried out:
  • a stop valve (23) placed on the sampling circuit is opened so that the latter is in the sampling mode; 2) a purge valve (21) is opened so as to send, from the reservoir (22), into the aforementioned sampling circuit a gas called purge, differentiable from the process gas by its tracer gas content or in a of its components selectively detectable by the analysis equipment (15) of the sampled gas, said operation being carried out for a time long enough for the entire section of piping going from the purge valve (21) to the detector included in the equipment for determining (15) the composition of the withdrawn gas is purged of the process gas;
  • shut-off valve (23) placed on the sampling circuit is then closed and the purging operation is allowed to continue in the direction of the tank and for a time long enough for the piping and the equipment located between the shut-off valve (23) and the sampling probe (4) are also filled with the purge gas so that all traces of gas detectable by the test apparatus are eliminated from the sampling circuits as well as from the conditioning of the sampled gas. measured;
  • the purge valve (21) is then closed and wait until the pressure of the sampling circuit, on the purge valve side, is equal to the pressure prevailing in the tank; 5) the stop valve (23) placed on the sampling circuit connected to the probe (4) is opened at time t0 and the time t1 is noted where the equipment for determining (15) the composition of the gas sampled detects the component of the tank gas to which it is sensitive.
  • the duration t1-t0 gives the transfer time in the sampling circuit and allows its calibration.
  • the continuous purge of step 3 in the previous mode is replaced by a discontinuous purge by successively opening and closing the purge valve ( 21) so that the pressure in the circuit oscillates between that of the purge circuit and that of the enclosure.
  • the latter method makes it easier to remove gas from possible dead volumes from the sampling and conditioning circuits by creating pressure variations.
  • a flow measurement means is used to determine continuously or sequentially the flow passing through one or more parts used during the measurement, such as by example the sampling circuit, the gas conditioning circuit and the circuit going to the tracer gas detector, the values recorded over time in the different circuits are compared, and a new calibration is carried out each time at least one of the measured values differs by more than 10% from the value previously measured at the same place, i.e. to a mathematical interpolation operation to correct the transfer time measurements obtained as a function of values previously measured in the same device .
  • a rare gas in particular helium, is used as the tracer gas.
  • a helium-nitrogen mixture is used as the calibration gas and nitrogen as the purge gas.
  • the invention also relates to a device intended for its implementation.
  • the device for implementing the process for measuring the transfer time comprises at least the following parts: a) means for injecting a tracer gas into the charge of the blast furnace; b) means for taking gas from the blast furnace; c) means for analyzing the gas sampled; and d) means for managing the various operations necessary for carrying out the process of the invention.
  • the means for injecting the tracer gas into the enclosure comprise at least one tank (8) containing the tracer gas, the latter being at a pressure higher than that prevailing in the blast furnace, a valve (9) with rapid response controlled remotely and an element (10) creating a pressure drop in order to control the flow injected, preferably the element (10) is an adjustment valve or a calibrated orifice, possibly associated with a non-return valve (11) intended to prevent the back flow of the gas present at the injection point, c that is to say the hot wind if the injection takes place at a nozzle or the blast furnace gas if the injection takes place at a point on the wall, preferably a probe (12) or cane d tracer gas in the blast furnace.
  • the means for sampling the gas present in the blast furnace comprise one or more sampling probes or canes.
  • the means for sampling and measuring the gas taken from the blast furnace comprise at least one probe ( 4) sampling, equipment for processing (13) the sampled gas in order to make it compatible with the quantitative and qualitative measuring device (15) of the sampled gas comprising at least one detector signaling the presence of the tracer gas, an exhaust (14 ) or discharge to the atmosphere and possibly pumping equipment (not shown) intended to take the gas from the feed when the pressure prevailing in the blast furnace is too low as to ensure a sufficient flow in the take-off means and the means of analysis.
  • the means for managing the various operations necessary for carrying out the method of the invention include at least one computer or similar equipment controlling the sequence of the various sequences such as the opening or closing of the valves, the collection of the measurements supplied by the detector (s) and assuming the operations for calculating the time between the opening of the tracer gas injection valve and its detection according to the sampling point as well as archiving and calibration operations.
  • said device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the representation of which is made in FIG. 4a, allowing in particular the calibration using a double-walled sampling probe, said device includes:
  • the inner tube (17) of the probe (4) connected to the detector (15) via a unit (13) for processing the sampled gas.
  • the probe (4) or sampling rod is replaced.
  • double-walled the inner tube (17) of which is used to take the sample and the outer tube (16) of which is used to send a certain amount of calibration gas to the end of the cane (4), by means of a probe or double-walled sample whose outer tube is used to take the sample and the inner tube is used to send a certain amount of calibration gas to the end of the cane. 5
  • said device for implementing the measurement method in accordance with the present invention, the representation of which is made in FIG. 4b, allowing in particular the calibration using a double-walled sampling probe, said device comprises: 0 - a probe (4) or double-walled sampling rod made up of two concentric tubes arranged so that the internal tube (17) is used to carry out the sampling and that the external tube (16) is used to send gas at the end of the sampling rod,
  • the inner tube (17) of the sampling rod (4) is connected to a device (13) for conditioning the sampled gas, the outlet of which is connected on the one hand to a device (15) for analysis and on the other hand to an exhaust (14).
  • the probe (4) or sampling rod is replaced.
  • double walled the inner tube (17) of which is used for taking the sample and the outer tube (16) of which is used for sending at the end of cane (4) a certain quantity of calibration gas, by a double-walled sampling probe or cane, the external tube of which is used for taking the sample and the internal tube is used for sending a certain quantity of gas at the end of the cane calibration.
  • a double-walled sampling probe comprising an inner tube such that its opening on the side of the gas sampling is set back relative to the outer tube.
  • said device comprises a probe (4) connected to a device (13) for conditioning the sampled gas, said probe (4) is also connected on the one hand to a reservoir (22) containing the purge gas via a valve (21 ), and on the other hand to a device (15) for analyzing the sampled gas and to an exhaust (14) via a valve (23), a pressure gauge (24) being connected to the common point of the valves (21) and ( 23).

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Abstract

Procédé de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, telle qu'un haut-fourneau, dans lequel on injecte un gaz, appelé gaz traceur, en un point A ou A' de l'enceinte, par exemple une tuyère, et dans lequel on prélève en un point B de cette même enceinte le gaz y présent, le point A ou A' étant différent du point B, on détecte la présence du gaz traceur dans le gaz prélevé en B et on en déduit le temps nécessaire au gaz traceur pour passer du point A ou A' au point B en fonction des informations fournies par un système de détection. Il est aussi prévu qu'on effectue au moins une mesure in-situ du temps de réponse, c'est-à-dire un étalonnage, du système effectuant le prélèvement en B. L'étalonnage consiste à injecter au point de prélèvement, relatif à l'équipement à étalonner, une quantité d'un gaz déterminé et à mesurer le temps séparant ladite injection et la détection du gaz précité dans l'équipement de prélèvement et de détection. Diverses méthodes sont décrites dont deux utilisant des cannes de prélèvement à tubes coaxiaux et une à canne monotube. Dans le cas où l'on utilise comme gaz traceur un gaz rare, tel l'hélium, le gaz de purge peut être de l'azote et le gaz d'étalonnage peut être un mélange hélium-azote.

Description

Procédé et dispositif de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier un four à cuve.
La présente invention a trait à un procédé de mesure du temps de transfert des gaz dans une enceinte, en particulier dans un four à cuve tel qu'un haut-fourneau, à un dispositif pour sa mise en oeuvre et à une méthode d'étalonnage du dispositif en question.
Il existe un certain nombre de processus industriels où l'on désire connaître le temps nécessaire à un gaz pour parcourir une certaine distance, usuellement on parle de temps de transfert au sein d'une enceinte. En général cette enceinte est opaque, difficile, sinon impossible à ausculter par des moyens physiques, tels des sondes ou des hublots, sans que cela entraîne des frais de construction et d'exploitation prohibitifs.
La mesure du temps de transfert est souvent basée sur une opération de calcul qui est: Tm = Tt - Tmp où Tm est le temps de transfert des gaz au sein du processus entre deux points déterminés, Tt est le temps total mesuré entre le début de la prise de mesure et la fin de cette mesure,
Tmp est le temps mort de prélèvement.
Il est évident que si le temps Tmp est d'un ordre de grandeur petit par rapport à Tm et Tt, par exemple Tmp = 10 sec. alors que Tm = 600 sec. et Tt = 610 sec, une erreur de mesure de Tmp devient négligeable quant à son influence sur la mesure de Tm.
Au contraire, quand on se trouve dans le cas où Tmp est du même ordre de grandeur que Tm, par exemple Tmp = 15 sec. alors que Tm = 10 sec. et Tt = 25 sec, une estimation erronée de Tmp devient fort préjudiciable vu son influence sur la mesure de Tm. La méthode de mesure de l'invention est particulièrement apte à être utilisée dans les cas de mesure du temps de transfert Tm des gaz où l'estimation du temps mort de prélèvement Tmp doit être précise faute de quoi la mesure du temps de transfert Tm perd tout son intérêt vu l'erreur de mesure possible par l'opération Tm = Tt - Tmp. En résumé, nous dirons que la méthode de mesure de l'invention est applicable aux procédés dans lesquels la valeur de Tmp ne peut pas être négligée en grandeur par rapport à Tm. A titre de simple illustration et dans un but de clarté, la description qui suit fait plus particulièrement référence à un haut-fourneau de production de fonte, processus dans lequel on retrouve les conditions précitées quant à la nécessité d'utilisation de la méthode de l'invention. Il va toutefois de soi que cette description n'est pas limitative et, notamment, l'invention s'applique à tout ensemble dans lequel on désire effectuer certaines mesures dans un cadre analogue à celui du haut-fourneau sidérurgique en ce qui concerne les conditions opérationnelles dictées par la construction dudit ensemble, comme par exemple la difficulté d'accès.
On sait que la charge du haut-fourneau est constituée de couches superposées, composées alternativement de minerai et de combustible. Par minerai, on entend des matières ferrifères, généralement préparées et agglomérées ou en boulettes et pouvant contenir diverses substances, notamment des fondants. Par combustible, on entend des matières carbonées composées essentiellement de coke.
Le minerai et le combustible sont chargés en alternance dans le haut-fourneau de façon à former, sur la hauteur de celui-ci, des couches alternées de matières ferrifères et de combustible.
Après la mise à feu de la charge dans le haut-fourneau, la réduction des minerais par l'injection d'air chaud donne lieu à l'élaboration de la fonte qui s'écoule vers le fond de la cuve et est extraite au bas du haut-fourneau.
Au cours du processus de réduction des minerais dans le haut-fourneau, il est essentiel de disposer de moyens de mesure qui permettent de contrôler et suivre l'évolution du processus en question.
Un paramètre fort important dans le cadre précité est la connaissance du champ de vitesse des gaz à l'intérieur de la charge du haut-fourneau, et ce de préférence en continu, car on peut en déduire des informations pour optimaliser le rendement thermique et chimique du haut-fourneau en cause.
Plus particulièrement, on notera que ce type d'informations peut être utilisé par divers systèmes, experts ou autres, pour réguler la marche d'installations mettant en oeuvre des fours à cuve. Comme le relevé direct en continu du champ de vitesse en de nombreux points du haut- fourneau n'est pas réalisable en pratique pour une question d'accès direct aux points en question, on a développé diverses méthodes pour pallier cet inconvénient.
Parmi les méthodes connues, on notera des mesures de pression en paroi du haut- fourneau et des relevés de température de la surface de la charge.
La présente invention consiste en un procédé et un dispositif qui éliminent certains inconvénients liés aux méthodes précitées via une approche différente axée sur la détermination du temps de transfert moyen du gaz présent dans l'enceinte du haut- fourneau entre deux points distincts de cette dernière.
Le procédé de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte, en particulier dans un four à cuve tel qu'un haut-fourneau, est essentiellement caractérisé en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on injecte un gaz, appelé gaz traceur, en un point A ou A' de l'enceinte, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on prélève en un point B de cette même enceinte le gaz y présent, le point A ou A' étant différent du point B, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on détecte la présence du gaz traceur dans le gaz prélevé en B, en ce qu'on en déduit le temps nécessaire au gaz traceur pour passer du point A ou A' au point B en fonction des informations obtenues à propos de la présence du gaz traceur via un système de détection, et en ce qu'on effectue au moins une mesure in-situ du temps de réponse du système effectuant le prélèvement en B, mesure appelée étalonnage du procédé.
Suivant une modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur est injecté en un point de la paroi de l'enceinte, préférentiellement au niveau d'une tuyère lors de l'application à une enceinte formée par un four à cuve, en particulier un haut- fourneau.
Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur ne réagit chimiquement ni avec les substances présentes dans l'enceinte, ni avec les produits y générés. Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le gaz traceur est injecté en quantité suffisamment faible pour ne pas perturber le déroulement des réactions s'effectuant à l'intérieur de l'enceinte en question.
Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le prélèvement du gaz dans l'enceinte est opéré en plusieurs points.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, le prélèvement du gaz est opéré au moyen d'une poutre, placée au-dessus ou sous le niveau supérieur de la charge contenue dans l'enceinte et munie de plusieurs points de prélèvement.
Suivant une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention, les prélèvements sont effectués par des sondes qui accompagnent la charge contenue dans l'enceinte, au cours de son mouvement de descente.
Suivant encore une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'invention relative à l'opération d'analyse du gaz prélevé dans l'enceinte, on détermine la concentration en certains composants dudit gaz au moyen d'un spectromètre de masse.
La figure 1 schématise l'application du principe de la méthode de mesure de l'invention au cas du haut-fourneau. On y distingue le haut-fourneau (1), les tuyères d'injection (2), une poutre de mesure (3) munie de plusieurs sondes de prélèvement (4), la poutre (3) étant reliée à un dispositif d'analyse (5).
Dans ce cas particulier de mise en oeuvre, on a supposé que l'introduction de gaz traceur pourrait être faite en deux endroits tels que A et A', respectivement (6) qui est un trou d'accès ménagé dans la paroi du haut-fourneau et (7) qui est un accès prévu dans la tuyère d'injection pour y introduire le gaz traceur au moyen de dispositifs adéquats (8).
L'opération d'étalonnage, dont question dans la méthode de mesure de l'invention, s'avère nécessaire à partir du moment où on désire effectuer des mesures en continu avec des conditions de pression et de température variables au niveau de la sonde de prélèvement. Elle s'avère également nécessaire lorsque la perte de charge dans le circuit de prélèvement évolue au cours du temps, par exemple, suite au colmatage progressif des éléments de filtrage du gaz inclus dans une unité de prélèvement du gaz. Un avantage fondamental de la méthode de l'invention réside dans son aspect d'étalonnage in-situ, par opposition à un étalonnage effectué en laboratoire ou à l'extérieur de l'enceinte. Il est évident que ce type d'étalonnage effectué sur le site même des mesures permet de tenir compte de l'état réel du dispositif de prélèvement.
Suivant une modalité de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, l'opération d'étalonnage consiste à injecter au point de prélèvement, relatif à l'équipement à étalonner, une quantité d'un gaz déterminé et à mesurer le temps séparant ladite injection et la détection du gaz précité dans l'équipement de prélèvement et de détection.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle de la méthode d'étalonnage précitée, on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée d'au moins deux tubes, un au moins desdits tubes servant à prélever le gaz présent dans l'enceinte au point de prélèvement et étant relié à un équipement d'analyse sensible à au moins un composant du gaz prélevé dans l'enceinte, et l'autre ou au moins un des autres tubes présents servant à l'injection du gaz déterminé précité et étant relié à un équipement le ou les alimentant en gaz précité.
Suivant une modalité de réalisation de la méthode d'étalonnage précitée dans laquelle on utilise une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisés pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter le gaz traceur en bout de canne de prélèvement, on effectue les opérations suivantes: 1 ) on envoie un mélange gazeux, formé d'un gaz, de préférence neutre, et de gaz traceur à faible débit dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur, effectuant de la sorte une opération de purge ayant pour but de remplir au moyen dudit mélange gazeux le volume compris dans les tubes en question, ledit mélange s'échappant à l'extrémité de la canne de prélèvement vers l'enceinte, 2) on prélève par le ou les tubes précités, utilisés pour le prélèvement, le gaz de l'enceinte auquel s'est mélangé le gaz traceur, le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement étant raccordés au système de détection,
3) on provoque à un instant tO un accroissement brutal de la pression du mélange précité en 1 , l'augmentation de pression dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur se transmettant à l'extrémité ouverte de ce ou ces tubes et y produisant à l'instant t1 un accroissement de débit qui a pour effet d'augmenter la teneur en gaz traceur dans le gaz prélevé par le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement,
4) on détermine l'instant t2 qui est le moment où la variation de la concentration en gaz traceur présent dans le gaz prélevé est détectée par le dispositif d'analyse auquel est relié ou sont reliés le ou les tubes précités utilisés pour le prélèvement en question,
5) on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2 - tO.
La durée t2-t0 est aisément mesurable et est une bonne approximation de t2-t1. La différence t1 - tO peut en effet être négligée car la vitesse de transmission de l'accroissement de la pression dans un tube, de l'ordre de la vitesse du son, est très nettement supérieure aux vitesses habituelles de déplacement du gaz
Suivant cette modalité de réalisation particulière de la méthode précédente d'étalonnage dans laquelle le gaz dans l'enceinte contient du gaz traceur en une concentration mesurable, on utilise dans l'opération un mélange gazeux ne contenant pas le gaz traceur et on effectue les mêmes opérations que précédemment.
Une autre méthode d'étalonnage peut aussi être utilisée dans le cas où les circuits de prélèvement sont courts, c'est-à-dire lorsque le temps Tmp est inférieur par exemple à 3 à 4 fois le temps Tm.
Suivant cette modalité de réalisation de la méthode d'étalonnage précitée dans laquelle on utilise une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisés pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter du gaz traceur en bout de canne de prélèvement, on effectue les opérations suivantes:
1 ) on envoie un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur à un débit tel que la vitesse du gaz dans le ou les tubes utilisés pour l'injection soit nettement supérieure à celle du gaz dans le ou les tubes utilisés pour le prélèvement, de préférence 3 à 4 fois cette dernière,
2) à un temps tO, on envoie une impulsion ou quantité supplémentaire de gaz traceur dans le ou les tubes utilisés pour l'injection et ce dernier arrive à l'entrée de la canne de prélèvement, à l'instant t1 où il est partiellement aspiré par ladite canne de prélèvement, 3) on détecte à un instant t2 via le dispositif d'analyse connecté sur la canne de prélèvement une variation de concentration en gaz traceur,
4) on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2 - tO car la différence t1 - tO peut être négligée si l'on respecte les conditions opératoires précitées, c'est-à-dire si la vitesse dans le ou les tubes utilisés pour l'injection est telle que t1-t0 peut être considéré comme négligeable ou si cette dernière peut être calculée avec une précision suffisante.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle de la méthode d'étalonnage précitée, on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée de deux tubes coaxiaux, l'un étant connecté pour opérer l'injection du gaz traceur et l'autre pour prélever le gaz présent dans l'enceinte.
Afin d'illustrer les modalités précédentes de mise en oeuvre de l'opération d'étalonnage, on a schématisé ces opérations, c'est-à-dire qu'on a omis de représenter tout ce qui n'était pas nécessaire à la bonne compréhension des opérations d'étalonnage, dans le cas de sondes ou cannes formées de tubes coaxiaux, de sorte que la figure 4a s'applique au cas où l'on envoie un mélange gazeux, formé d'un gaz, de préférence neutre, et de gaz traceur à faible débit dans le tube utilisé pour injecter le gaz traceur et où l'on provoque à un instant tO un accroissement brutal de la pression du mélange précité, et que la figure 4b s'applique au cas où les circuits de prélèvement sont courts et où l'on envoie un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur, à un débit tel que la vitesse du gaz dans le tube utilisé pour l'injection soit nettement supérieure à celle du gaz dans le tube utilisé pour le prélèvement et où l'on détecte à un instant t2 via le dispositif d'analyse connecté sur la canne de prélèvement une variation de concentration en gaz traceur.
Si l'on s'en réfère à la figure 4a qui schématise un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode de mesure suivant l'invention dans le contexte d'un haut-fourneau utilisant une sonde (4) de prélèvement à double paroi, on peut décrire l'opération précédente d'étalonnage comme suit:
- le tube intérieur (17) étant en prélèvement, on effectue la purge en envoyant un mélange contenant du gaz traceur qui se trouve dans le réservoir (20) en surpression par rapport à l'enceinte du haut-fourneau, ce mélange est introduit à faible débit dans le tube extérieur (16) par l'intermédiaire de la vanne télécommandée (18);
- on effectue la purge suffisamment longtemps pour permettre un remplissage complet du volume compris entre les tubes intérieur (17) et extérieur (16), ce mélange s'échappe alors à l'extrémité de la sonde et se mélange au gaz de haut-fourneau passant à cet endroit;
- on prélève une partie du gaz via le tube (17) et on l'analyse au moyen du détecteur (15) qui décèlera une faible concentration en gaz traceur;
- on ouvre la vanne télécommandée (19) à l'instant tO pendant un temps court ce qui provoque une impulsion de pression, car le circuit de la vanne (19) est conçu de manière à présenter une perte de charge nettement plus faible que le circuit de la vanne (18); il s'en suit que l'impulsion de pression se propage rapidement à la vitesse du son dans le gaz jusqu'à l'extrémité du tube (16) où elle entraîne un accroissement de débit au bout de la sonde (4), et par conséquent une augmentation de la concentration en gaz traceur du gaz de haut-fourneau passant à proximité de l'extrémité du tube intérieur (17) a lieu au moment t1 ;
- on détecte au moment t2 via le détecteur (15) une augmentation de la teneur en gaz traceur;
- on détermine le temps de transfert dans le haut-fourneau par l'opération t2 - tO car t1 - tO est négligeable vu les conditions opératoires, car la vitesse du son dans un tube est d'un ordre de grandeur plusieurs fois supérieur à la vitesse de déplacement du gaz.
En se référant à la figure 4b, on peut procéder à l'opération d'étalonnage précitée comme suit: - on utilise une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi constituée de deux tubes concentriques disposés de telle sorte que le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer en bout de canne de prélèvement du gaz, le tube intérieur (17) étant en prélèvement, on effectue les opérations suivantes : - on envoie, par action sur la vanne (21 ) commandée à distance, un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur, issu du réservoir (22), ledit gaz étant envoyé à un débit tel que la vitesse du gaz dans le tube extérieur (16) soit nettement supérieure à celle du gaz dans la canne de prélèvement ou tube intérieur (17), de préférence 3 à 4 fois cette dernière, - à un temps tO, on envoie, en ouvrant brièvement la vanne (18) reliée au réservoir (20) contenant du gaz traceur, une impulsion ou quantité supplémentaire de gaz traceur dans le gaz d'étalonnage introduit dans le tube extérieur (16) et ce dernier arrive à l'entrée de la canne de prélèvement (4) à l'instant t1 où il est partiellement aspiré par ladite canne de prélèvement (4) et passe dans le tube intérieur (17),
- on détecte à un instant t2 via le dispositif (15) d'analyse connecté sur la canne de prélèvement (4) en question une présence plus forte de gaz traceur,
- on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2 - tO car la différence t1 - tO peut être négligée si l'on respecte les conditions opératoires précitées, c'est-à-dire si la vitesse dans le tube extérieur est telle que t1 - tO peut être considéré comme négligeable ou si cette dernière peut être calculée avec une précision suffisante.
Suivant une autre modalité de réalisation de l'opération d'étalonnage, conformément à la présente invention, dans laquelle on utilise une sonde de prélèvement à un seul tube, celle-ci s'appliquant dans le cas où la teneur en composant analysé du gaz de l'enceinte diffère suffisamment de la teneur en ce composant dans un gaz dit de purge pour que la transition de l'un à l'autre soit détectable par le système d'analyse, une vanne d'arrêt étant placée sur le circuit de prélèvement, on effectue les opérations suivantes : 1) on ouvre une vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement de manière à mettre ce dernier en liaison avec le dispositif d'analyse;
2) on ouvre une vanne de purge de manière à envoyer dans le circuit de prélèvement précité un gaz, dit de purge, différenciable du gaz de l'enceinte par un de ses composants détectables sélectivement par l'équipement d'analyse, ladite opération étant effectuée pendant un temps suffisamment long pour que l'entièreté de la section de tuyauterie allant de la vanne de purge au détecteur inclus dans l'équipement d'analyse du gaz prélevé soit purgée;
3) on ferme ensuite la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement et on laisse l'opération de purge se poursuivre en direction de l'enceinte et ce pendant un temps suffisamment long pour que la tuyauterie et les appareillages situés entre la vanne d'arrêt et la sonde de prélèvement soient totalement remplis du gaz de purge de sorte que l'on élimine tant des circuits de prélèvement que de conditionnement du gaz prélevé toute trace de gaz de l'enceinte;
4) on ferme ensuite la vanne de purge et on attend que la pression du circuit de prélèvement, côté vanne de purge, soit égale à la pression régnant dans l'enceinte; 5) on ouvre la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement à l'instant tO et on relève l'instant t1 où l'équipement de détermination de la composition du gaz prélevé décèle le composant du gaz de l'enceinte auquel il est sensible.
6) on détermine le temps de transfert dans le circuit de prélèvement par l'opération t1-tO ce qui permet son étalonnage.
La figure 5 illustre une manière de procéder à l'étalonnage explicité dans la modalité précédente dans laquelle on utilise une sonde (4) de prélèvement à un seul tube et le gaz présent dans la cuve contient le gaz traceur en quantité détectable ou un des composants du gaz de la cuve peut être détecté sélectivement par l'équipement (15) d'analyse du gaz prélevé, une vanne d'arrêt (23) étant placée sur le circuit de prélèvement, on effectue les opérations suivantes :
1 ) on ouvre une vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement de manière que ce dernier soit en mode de prélèvement; 2) on ouvre une vanne de purge (21 ) de manière à envoyer, à partir du réservoir (22), dans le circuit de prélèvement précité un gaz dit de purge, différenciable du gaz de processus par sa teneur en gaz traceur ou en un de ses composants détectable sélectivement par l'équipement d'analyse (15) du gaz prélevé, ladite opération étant effectuée pendant un temps suffisamment long pour que l'entièreté de la section de tuyauterie allant de la vanne de purge (21) au détecteur inclus dans l'équipement de détermination (15) de la composition du gaz prélevé soit purgée du gaz de processus;
3) on ferme ensuite la vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement et on laisse l'opération de purge se poursuivre en direction de la cuve et ce pendant un temps suffisamment long pour que la tuyauterie et les appareillages situés entre la vanne d'arrêt (23) et la sonde de prélèvement (4) soient également remplis du gaz de purge de sorte que l'on élimine tant des circuits de prélèvement que de conditionnement du gaz prélevé toute trace de gaz détectable par les appareillages de mesure;
4) on ferme ensuite la vanne de purge (21) et on attend que la pression du circuit de prélèvement, côté vanne de purge, soit égale à la pression régnant dans la cuve; 5) on ouvre la vanne d'arrêt (23) placée sur le circuit de prélèvement relié à la sonde (4) à l'instant tO et on relève l'instant t1 où l'équipement de détermination (15) de la composition du gaz prélevé décèle le composant du gaz de la cuve auquel il est sensible.
La durée t1-t0 donne le temps de transfert dans le circuit de prélèvement et permet son étalonnage. Suivant encore une autre modalité de réalisation de l'opération d'étalonnage, conformément à la présente invention, on remplace la purge en continu de l'étape 3 dans la modalité précédente par une purge discontinue en ouvrant et fermant successivement la vanne de purge (21) de manière à ce que la pression dans le circuit oscille entre celle du circuit de purge et celle de l'enceinte.
Cette dernière méthode permet d'éliminer plus aisément du gaz se trouvant dans des volumes morts éventuels des circuits de prélèvement et de conditionnement en créant des variations de pression.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise un moyen de mesure de débit pour déterminer en continu ou séquentiellement le débit transitant dans une ou plusieurs parties utilisées lors de la mesure, comme par exemple le circuit de prélèvement, le circuit de conditionnement du gaz et le circuit allant vers le détecteur de gaz traceur, on compare les valeurs relevées au cours du temps dans les différents circuits, et on procède, soit à un nouvel étalonnage chaque fois qu'une au moins des valeurs mesurées diffère de plus de 10% par rapport à la valeur précédemment mesurée au même endroit, soit à une opération mathématique d'interpolation pour corriger les mesures de temps de transfert obtenues en fonction de valeurs mesurées précédemment dans le même dispositif.
L'alternative précédente permet de limiter le nombre d'opérations d'étalonnage en fournissant un critère de surveillance du dispositif mettant en oeuvre la méthode de mesure de l'invention.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise comme gaz traceur un gaz rare, en particulier de l'hélium.
Suivant encore une autre modalité préférentielle de mise en oeuvre de la méthode de mesure, objet de la présente invention, on utilise un mélange hélium-azote comme gaz d'étalonnage et de l'azote comme gaz de purge.
Il va de soi que la méthode de mesure du temps de transfert de l'invention explicitée ci- dessus dans le cas d'une sonde de prélèvement est aussi applicable quand on met en oeuvre plusieurs sondes, tant la mesure que l'étalonnage sont alors, soit effectués sur chaque dispositif auquel est reliée chaque sonde, soit effectués séquentiellement si les mesures sont effectuées en connectant les différentes sondes l'une après l'autre sur ledit dispositif de mesure.
En outre, les opérations mentionnées dans l'explication ci-dessus de la méthode peuvent aussi bien être effectuées sous contrôle d'opérateurs manuels que gérées via des moyens automatiques tels que des systèmes informatiques qui peuvent aussi servir à l'archivage et à l'interprétation des résultats obtenus, avec ou sans boucle de contrôle de retour vers la gestion du processus industriel dans lequel la méthode de mesure de l'invention est utilisée.
L'invention a aussi trait à un dispositif destiné à sa mise en oeuvre.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de mesure du temps de transfert, objet de la présente invention, comprend au moins les parties ci-après : a) des moyens pour injecter un gaz traceur dans la charge du haut-fourneau; b) des moyens pour prélever du gaz présent dans le haut-fourneau; c) des moyens pour analyser le gaz prélevé; et d) des moyens pour gérer les différentes opérations nécessaires à la conduite du procédé de l'invention.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention dans le contexte d'un haut-fourneau, illustrée schématiquement sur la figure 2, les moyens pour injecter le gaz traceur dans l'enceinte comprennent au moins un réservoir (8) contenant le gaz traceur, ce dernier étant à une pression supérieure à celle régnant dans le haut-fourneau, une vanne (9) à réponse rapide pilotée à distance et un élément (10) créant une perte de charge afin de contrôler le débit injecté, préférentiellement l'élément (10) est une vanne de réglage ou un orifice calibré, associé éventuellement à un clapet anti-retour (11) destiné à empêcher le reflux du gaz présent au point d'injection, c'est-à-dire le vent chaud si l'injection a lieu au niveau d'une tuyère ou le gaz de haut-fourneau si l'injection a lieu en un point de la paroi, préférentiellement une sonde (12) ou canne d'injection du gaz traceur dans le haut- fourneau. Suivant une modalité de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens pour prélever le gaz présent dans le haut-fourneau comprennent une ou plusieurs sondes ou cannes de prélèvement.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, illustrée schématiquement sur la figure 3, les moyens de prélèvement et de mesure du gaz prélevé dans le haut-fourneau comprennent au moins une sonde (4) de prélèvement, un équipement de traitement (13) du gaz prélevé afin de le rendre compatible avec le dispositif de mesure (15) quantitatif et qualitatif du gaz prélevé comprenant au moins un détecteur signalant la présence du gaz traceur, un échappement (14) ou rejet à l'atmosphère et éventuellement un équipement de pompage (non représenté) destiné à prélever le gaz dans la charge quand la pression régnant dans le haut-fourneau est trop faible que pour assurer un débit suffisant dans les moyens de prélèvement et les moyens d'analyse.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, les moyens pour gérer les différentes opérations nécessaires à la conduite du procédé de l'invention, comprennent au moins un calculateur ou un équipement analogue contrôlant l'enchaînement des différentes séquences telles que l'ouverture ou la fermeture des vannes, la collecte des mesures fournies par le ou les détecteurs et assumant les opérations de calcul du délai entre l'ouverture de la vanne d'injection du gaz traceur et sa détection en fonction du point de prélèvement ainsi que les opérations d'archivage et d'étalonnage.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 4a, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, ledit dispositif comporte:
- une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi, le tube intérieur (17) étant utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) étant utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage,
- un réservoir (20) relié au tube extérieur (16), ledit réservoir étant en surpression par rapport à l'enceinte du haut-fourneau et contenant le gaz de purge, par l'intermédiaire de la vanne télécommandée (18) d'une part et d'autre part via la vanne télécommandée (19) qui est incluse dans un circuit conçu de manière à présenter une perte de charge nettement plus faible que le circuit de la vanne (18),
- le tube intérieur (17) de la sonde (4) relié au détecteur (15) via une unité (13) de traitement du gaz prélevé.
5
Suivant une modalité de réalisation particulière du dispositif précité de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) est utilisé pour o effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) est utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage. 5
Suivant une autre modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 4b, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, ledit dispositif comporte: 0 - une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi constituée de deux tubes concentriques disposés de telle sorte que le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer du gaz en bout de canne de prélèvement,
- le tube extérieur (16) relié d'une part à un réservoir (22) contenant un gaz d'étalonnage 5 via une vanne (21) commandée à distance, et d'autre part à un réservoir (20) contenant du gaz traceur via une vanne (18),
- le tube intérieur (17) de la canne de prélèvement (4) est relié à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé, dont la sortie est reliée d'une part à un dispositif (15) d'analyse et d'autre part à un échappement (14). 0
Suivant une modalité de réalisation particulière du dispositif précité de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) soit utilisé pour 5 effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage.
Suivant une modalité de réalisation préférentielle du dispositif de prélèvement pour la mise en oeuvre du procédé de mesure suivant l'invention, on utilise une sonde de prélèvement à double paroi comportant un tube intérieur tel que son ouverture du côté du prélèvement du gaz soit en retrait par rapport au tube extérieur.
Suivant encore une autre modalité de réalisation préférentielle du dispositif de mise en oeuvre de la méthode de mesure conformément à la présente invention, dont la représentation est effectuée sur la figure 5, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à un seul tube, ledit dispositif comporte une sonde (4) connectée à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé, ladite sonde (4) est aussi connectée d'une part à un réservoir (22) contenant le gaz de purge via une vanne (21 ), et d'autre part à un dispositif (15) d'analyse du gaz prélevé et à un échappement (14) via une vanne (23), un manomètre (24) étant connecté au point commun des vannes (21) et (23).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure du temps de transfert des gaz au sein d'une enceinte caractérisé en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on injecte un gaz, appelé gaz traceur, en un point A ou A' de l'enceinte, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on prélève en un point B de cette même enceinte le gaz y présent, le point A ou A' étant différent du point B, en ce qu'on effectue au moins une opération dans laquelle on détecte la présence du gaz traceur dans le gaz prélevé en B, en ce qu'on en déduit le temps nécessaire au gaz traceur pour passer du point A ou A' au point B en fonction des informations obtenues à propos de la présence du gaz traceur via un système de détection, et en ce qu'on effectue au moins une mesure in-situ, dite étalonnage du procédé, du temps de réponse du système effectuant le prélèvement en B.
Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'opération d'étalonnage consiste à injecter au point de prélèvement, relatif à l'équipement à étalonner, une quantité d'un gaz déterminé et à mesurer le temps séparant ladite injection et la détection du gaz précité dans l'équipement de prélèvement et de détection.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée d'au moins deux tubes, un au moins desdits tubes servant à prélever le gaz présent dans l'enceinte au point de prélèvement et l'injection du gaz déterminé précité étant opérée par l'autre ou au moins un des autres tubes présents.
4. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel on procède à un étalonnage en utilisant une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisés pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter le gaz traceur en bout de canne de prélèvement, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes :
1) on envoie un mélange gazeux, formé d'un gaz, de préférence neutre, et de gaz traceur, à faible débit dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur, ledit mélange s'échappant à l'extrémité de la canne de prélèvement vers l'enceinte,
2) on prélève par le ou les tubes précités, utilisés pour le prélèvement, le gaz de l'enceinte auquel s'est mélangé le gaz traceur, le ou les tubes précités utilisés pour
5 le prélèvement étant raccordés au système de détection,
3) on provoque à un instant tO un accroissement brutal de la pression du mélange précité en 1 , l'augmentation de pression dans le ou les tubes précités utilisés pour injecter le gaz traceur se transmettant à l'extrémité ouverte de ce ou ces tubes et y induisant à l'instant t1 un accroissement de débit, o 4) on détermine l'instant t2 qui est le moment où la variation de la concentration en gaz traceur présent dans ledit mélange est détectée par le dispositif d'analyse auquel est relié ou sont reliés le tube ou les tubes utilisés pour le prélèvement en question, 5) on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2 - tO. 5
Procédé suivant la revendication 4, dans lequel le gaz dans l'enceinte contient du gaz traceur en une concentration mesurable, caractérisé en ce qu'on utilise dans l'opération un mélange gazeux ne contenant pas le gaz traceur et en ce qu'on effectue les mêmes opérations que précédemment. 0
6. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel on utilise une sonde ou canne de prélèvement constituée d'au moins deux tubes disposés de telle sorte qu'un au moins desdits tubes soit utilisé pour effectuer le prélèvement et qu'un au moins des autres tubes, non utilisé pour le prélèvement, soit utilisé pour injecter du gaz traceur 5 en bout de canne de prélèvement, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes :
1 ) on envoie un gaz, dit d'étalonnage, exempt ou à faible teneur en gaz traceur, à un débit tel que la vitesse du gaz dans le ou les tubes utilisés pour l'injection soit nettement supérieure à celle du gaz dans le ou les tubes utilisés pour le 0 prélèvement, de préférence 3 à 4 fois cette dernière,
2) à un temps tO, on envoie une impulsion ou quantité supplémentaire de gaz traceur dans le gaz d'étalonnage introduit dans le ou les tubes utilisés pour le prélèvement et ce dernier arrive au bout du tube intérieur, donc à l'entrée de la canne de prélèvement, à l'instant t1 où il est partiellement aspiré par ladite canne de 5 prélèvement, 3) on détecte à un instant t2 via le dispositif d'analyse connecté sur la canne de prélèvement une variation de concentration en gaz traceur,
4) on détermine le temps de transfert dans l'équipement de prélèvement par l'opération t2 - tO.
7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde ou canne de prélèvement composée de deux tubes coaxiaux, l'un étant connecté pour opérer l'injection du gaz traceur et l'autre pour prélever le gaz présent dans l'enceinte.
8. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel on procède à un étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à un seul tube, celui-ci s'appliquant dans le cas où la teneur en composant analysé du gaz de l'enceinte diffère suffisamment de la teneur en ce composant dans un gaz dit de purge pour que la transition de l'un à l'autre soit détectable par le système d'analyse, une vanne d'arrêt étant placée sur le circuit de prélèvement, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes:
1 ) on ouvre une vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement de manière à mettre ce dernier en liaison avec le dispositif d'analyse; 2) on ouvre une vanne de purge de manière à envoyer dans le circuit de prélèvement précité un gaz, dit de purge, différenciable du gaz de l'enceinte par un de ses composants détectables sélectivement par l'équipement d'analyse, ladite opération étant effectuée pendant un temps suffisamment long pour que l'entièreté de la section de tuyauterie allant de la vanne de purge au détecteur inclus dans l'équipement d'analyse du gaz prélevé soit purgée; 3) on ferme ensuite la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement et on laisse l'opération de purge se poursuivre en direction de l'enceinte et ce pendant un temps suffisamment long pour que la tuyauterie et les appareillages situés entre la vanne d'arrêt et la sonde de prélèvement soient totalement remplis du gaz de purge de sorte que l'on élimine tant des circuits de prélèvement que de conditionnement du gaz prélevé toute trace de gaz de l'enceinte;
4) on ferme ensuite la vanne de purge et on attend que la pression du circuit de prélèvement, côté vanne de purge, soit égale à la pression régnant dans l'enceinte;
5) on ouvre la vanne d'arrêt placée sur le circuit de prélèvement à l'instant tO et on relève l'instant t1 où l'équipement de détermination de la composition du gaz prélevé décèle le composant du gaz de l'enceinte auquel il est sensible; 6) on détermine le temps de transfert dans le circuit de prélèvement par l'opération t1- to.
9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on remplace la purge en continu de l'étape 3 dans la modalité précédente par une purge discontinue.
10. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise un moyen de mesure de débit pour déterminer en continu ou séquentiellement le débit transitant dans une ou plusieurs parties utilisées lors de la mesure, en ce qu'on compare les valeurs relevées au cours du temps dans les différents circuits, et en ce qu'on procède soit à un nouvel étalonnage chaque fois qu'une au moins des valeurs mesurées diffère de plus de 10 % par rapport à la valeur précédemment mesurée au même endroit, soit à une opération mathématique d'interpolation pour corriger les mesures de temps de transfert obtenues en fonction de valeurs mesurées précédemment dans le même dispositif.
11. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de mesure du temps de transfert dans le contexte d'un haut-fourneau suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les parties ci-après : a) des moyens pour injecter un gaz traceur dans la charge du haut-fourneau, b) des moyens pour prélever du gaz présent dans le haut-fourneau, c) des moyens pour analyser le gaz prélevé, et d) des moyens pour gérer les différentes opérations nécessaires à la conduite du procédé de l'invention.
12. Dispositif suivant la revendication 11 , illustré schématiquement sur la figure 2, caractérisé en ce que les moyens pour injecter le gaz traceur dans la charge du haut-fourneau comprennent au moins un réservoir (8) contenant le gaz traceur, ce dernier étant à une pression supérieure à celle régnant dans le haut-fourneau, une vanne (9) à réponse rapide pilotée à distance et un élément (10) créant une perte de charge afin de contrôler le débit injecté, préférentiellement l'élément (10) est une vanne de réglage ou un orifice calibré, associé éventuellement à un clapet antiretour (11) destiné à empêcher le reflux du gaz présent au point d'injection, c'est-à- dire le vent chaud si l'injection a lieu au niveau d'une tuyère ou le gaz de haut- fourneau si l'injection a lieu en un point de la paroi, préférentiellement une sonde (12) ou canne d'injection du gaz traceur dans le haut-fourneau.
13. Dispositif suivant les revendications 1 1 ou 12, représenté schématiquement sur la figure 3, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement et de mesure du gaz prélevé dans le haut-fourneau comprennent au moins une sonde (4) de prélèvement, un équipement de traitement (13) du gaz prélevé afin de le rendre compatible avec le dispositif de mesure (15) quantitatif et qualitatif du gaz prélevé comprenant au moins un détecteur signalant la présence du gaz traceur, un échappement (14) ou rejet à l'atmosphère et éventuellement un équipement de pompage (non représenté) destiné à prélever le gaz dans la charge quand la pression régnant dans le haut-fourneau est trop faible que pour assurer un débit suffisant dans les moyens de prélèvement et les moyens d'analyse.
14. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 11 à 13, dont la représentation est effectuée sur la figure 4a, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi, le tube intérieur (17) étant utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) étant utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, - un réservoir (20), ce dernier étant en surpression par rapport à l'enceinte du haut- fourneau et contenant le gaz de purge, le tube extérieur (16) précité y étant relié par l'intermédiaire de la vanne télécommandée (18) d'une part et d'autre part via la vanne télécommandée (19) qui est incluse dans un circuit conçu de manière à présenter une perte de charge nettement plus faible que le circuit de la vanne (18),
- le tube intérieur (17) de la sonde (4) relié au détecteur (15) via une unité (13) de traitement du gaz prélevé.
15. Dispositif suivant la revendication 14, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, caractérisé en ce qu'on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) est utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage.
16. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 11 à 13, dont la représentation est effectuée sur la figure 4b, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi constituée de deux tubes concentriques disposés de telle sorte que le tube intérieur (17) soit utilisé pour effectuer le prélèvement et que le tube extérieur (16) soit utilisé pour envoyer du gaz en bout de canne de prélèvement,
- le tube extérieur (16) relié d'une part à un réservoir (22) contenant un gaz d'étalonnage via une vanne (21) commandée à distance, et d'autre part à un réservoir (20) contenant du gaz traceur via une vanne (18),
- le tube intérieur (17) de la canne de prélèvement (4) relié à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé dont la sortie est reliée d'une part à un dispositif
(15) d'analyse et d'autre part à un échappement (14).
17. Dispositifsuivant la revendication 16, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à double paroi, caractérisé en ce qu'on remplace la sonde (4) ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube intérieur (17) est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube extérieur (16) est utilisé pour envoyer en bout de canne (4) une certaine quantité de gaz d'étalonnage, par une sonde ou canne de prélèvement à double paroi dont le tube extérieur est utilisé pour effectuer le prélèvement et le tube intérieur est utilisé pour envoyer en bout de canne une certaine quantité de gaz d'étalonnage.
18. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 11 à 17, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde de prélèvement à double paroi comportant un tube intérieur tel que son ouverture du côté du prélèvement du gaz soit en retrait par rapport au tube extérieur.
19. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 11 à 13, dont la représentation est effectuée sur la figure 5, permettant notamment l'étalonnage en utilisant une sonde de prélèvement à un seul tube, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde (4) connectée à un dispositif (13) de conditionnement du gaz prélevé, ladite sonde (4) est aussi connectée d'une part à un réservoir (22) contenant le gaz de purge via une vanne (21), et d'autre part à un dispositif (15) d'analyse du gaz prélevé et à un échappement (14) via une vanne (23), un manomètre (24) étant connecté au point commun des vannes (21) et (23).
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