Brevet FR2010560A1 — publié le 19700220

La présente invention est relative4~ un procédé de lation des techniques d'affinage de la fonte à l'oxygène techniquement pur, notamment dans le cas du soufflage par le haut sur ou dans un bain de fonte se trouvant dans un convertisseur à fond plein. Le gaz d'affinage utilise péut évidemment contenir en suspension des matières scorifiantes. Les modèles mathématiques statiques des procédés d'affinage à l'oxygène c'est-à-dire les modèles basés sur le calcul des enfournements sont très utiles pour le contrôle de ces procédés et les résultats obtenus jusqu'à présent se sont révélés très satisfaisants. Grâce à la mise en oeuvre de tels modèles on obtient, par rapport à la technique visuelle de l'opérateur, des dispersions nettement améliorées à la fin du soufflage en ce qui concerne l'analyse du métal eut du laitier ainsi que la tempdrature de 1' acier. Toutefois, même si le modèie statique utilisé est aussi représentatif que possible de la réalité, les résultats sont cependant entachés as erreurs pour les deux raisons essentielles suivantes 10 l'enfournement réel ne correspond jamais exactement à ce qui est demandé par le modèle par suite de diverses imperfections notamment dans les appareils de pesée dont la précision est de l'ordre de 0,2 % à 1 X, dans les analyses de la fonte en élé ments thermogènes, dans les mesures de température d'enfourne ment 20 le déroulement de l'opération d'affinage ne se fait pas tou jours de la manière optimale.Par exemple, la technique opéra toire varie d'un opérateur à l'autre, ce qui conduit notamment à des valeurs variables du taux d'utilisation de l'oxygène dont la répercussion sur les résultats est bien connue. Comme autre exemple, on peut citer le cas des opérations d'affi nage en deux phases avec insufflation, par le haut, de gaz oxy dant contenant des matières scorifiantes en suspension et où l'on travaille avec laitier final retenu dans le convertisseur pourlaffinage suivant. Dens ces opérations, la quantité de car bone qui brûle lors de l'enfournement de la fonte est variable et inconnue à priori. Une certaine amélioration de ces résultats est déjà ob tenue au moyen d'un contrôle sévère de l!-opération tel que par exemple celui résultant d'une conduite-. automatique de Ia lance d' affinage en fonction de critères en relation avec l'oxydation du laitier et l'analyse -du.bain métallique. On a mis au point, en ef fet, des systèmes qui permettent de faire suivre à l'opération une courbe bien. déterminée de -décarburation du bain métallique et de calculer la quantité d'oxygène qui se fixe sur le laitier. Malgr-é-toutes.les améliorations de ce genre, la tempéra ture finale du métal élaboré reste cependant le facteur le plus difficile à - régler Pour atteindre-ce dernier objectif, il a été préconisé -d'utiliser une technique consistant, vers la fin de l'opération, à jeter dans le bain métallique une bombe de mesure de température à titre de repère et à prendre toutes dispositions en vue de faire coïncider la température. finale du métal élaboré avec la tempéra ture voulue. Cette technique présente. cependant le désavantage d' être assez coûteuse et assez aléatoire par suite de l'hétérogénéi té de la masse liquide. La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à ces inconvénients c'es.t-à-dire -de résoudre aisément et économiquement le problème. de la mesure continue de la tempéra ture du bain métallique dans le but de faire coïncider la tempé rature finale dudit bain avec une valeur de -consigne préalablement fixée. Ce procédé est basé sur le fait;- que la température du mé tal liquide .dépend.des taux de combustion des gaz d'affinage en CO et en C02. Plus on parvient à brûler de CO en G02 à l'intérieur du convertisseur, plus le dégagement de chaleur est important et plus il en résulte une augmentation-de la température du bain. Or, on peut faire varier ces taux de combustion en modifiant les con ditions de soufflage telles que par exemple le débit d'oxygène in sufflé et/ou la hauteur de la lance d'affinage. Donc par des.;modi- fications appropriées des conditions de soufflage, on peut assurer le réglage correct de la température du .bain métallique. Pour mettre en oeuvre un p.rocédé établi.sur--de telles bases, -il y a lieu de tenir compte en particulier de.la combustion .de- CO en C02 suivant la réaction suivante : -CO +0. CO avec K = PCO2 = f (T) PCO . ao PCO2 = F (T,ao) PCO où K = constante- d'équilibre de la réaction de combustion PCO2 = pression partielle du gaz C02 dans le convertisseur PCO = pression partielle du gaz CO dans le convertisseur aO = activité de l'oxygène = T = température des gaz contenus dans le convertisseur, cette température étant très étroitement liée d.la température du bain métallique. Bien-entendu, on peut tenir compte également de la réaction CO + (FeO) = C02 + Fe en lieu et place de la réaction donnée plus haut, ce qui du point de vue physico-chimique est équivalent puisqu'on connaît la réaction Fe + 0 = FeO. A l'appui de ces considérations, le procédé objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes a) on calcule la vitesse de décarburation du bain métallique sui vant une méthode connue en soi, à partir des informations four nies par un ou plusieurs capteurs appropriés et des conditions de soufflage b) on établit un bilan d'oxygène au moyen duquel on calcule la quantité-d'oxygène fixée dans le- laitier c) on calcule l'analyse probable du laitier en se basant sur des théories physico-chimiques, on en déduit l'activité du FeO et, grâce à-la relation thermodynamique Fe + O = (FeO), on calcule la teneur en oxygène du bain métallique en équilibre avec ce laitier d) on établit relation en fonction de la température, de la cons tante d'équilibre de ltune ou l'autre des deux réactions sui vantes :CO + O = C02, CO + (FeO) = C02 + Fe, on calcule au moyen des indications d'un analyseur de gaz le rapport 2 des quantités de C02 et de CO se trouvant à 1'intérieur5 ~~ du convertisseur et on obtient. ainsi une expression permettant de connaître à tout instant la valeur de la température dans le convertisseur, cette température pouvant être transformée en température de bain métallique par conversion suivant un éta lonnage préalable; e) à partir de l'expression établie selon d), on calcule la tempé rature finale probable du bain-métallique au moyen de calculs prévisionnels basés sur le débit d'oxygène insufflé, sur le rapport C 2 des quantités de C02 et CO se trouvant à l'inté rieur duCOconvertisseur, sur les analyses et les quantités de laitier, toutes ces mesures étant effectuées à un meme ins tant donné f) on compare ladite valeur finale prévisionnelle du bain métalli que à la valeur finale désirée et en cas de différence on modi fie le rapport C02 des gaz C02 et CO se trouvant à l'intérieur du convertisseu, par des moyens connus tels que par exemple en modifiant le débit d'oxygène etlou la hauteur de la lance d'affinage au-dessus du bain. Suivant l'invention, les diverses opérations de calcul décrites ci-dessus sont avantageusement effectuées de façon continue Suivant une variante avantageuse de l'invention, les diverses opérations de calcul décrites ci-dessus sont effectuées par intermittence, à une fréquence comprise entre 2 et 10 par minute, Pour l'obtention rapide de résultats corrects, les opérations de calculs sont effectuées-au moyen d'un ordinateur -élec- tronique. Les informations fourniers par les capteurs en vue de calculer la vitesse de décarburation du bain métallique consistent en compositions, températures et débits des fumées sortant du convertisseur ainsi quten débit d'oxygène insufflé. Ces capteurs peuvent être des analyseurs, des thermocouples, des cellules sensibles d'observation. .Dans le but de ,faciliter le calcul de l'analyse du lai- tier, on effectue avantageusement ce calcul après que le silicium contenu dans le bain métallique ait été brûlé. Il en résulte que l'on n' opère ces calculs que pendant une partie de l'opération, par exemple après le premier tiers. Egalement dans le but de connaître l'analYse du laitier, on effectue avantageusement le prélèvement d'un échantillon en cours de soufflage. Pour contrôler le niveau de la teneur en oxygène du lai tier dont on a calculé l'analyse, il est avantag.e.ux d'effectuer une mesure de ladite teneur au moyen d'un di,sS,ositif.de détermina tion de l'intensité du son provenant du converti,sseur- Quand pn modifie les.conditions de soufflage, il en rés sulte comme premier effet une variation de .l'é.ta-t d'oxydation du laitier avec une-variatio,n du,rapport CO2/CO qui se, manifestent par un effet thermique bien déterminé..En conséquence, on tient compte de la modification des conditions de soufflage.en calculant l'effet thermique qui en résulte, ctest-à-dire en calculant la nouvelle expression permettant de connaître à tout instant la température du bain métallique. Le deuxième effet de cette-modifica,tion des, conditions de soufflage réside en ce que si on, continue à souffler dans les nouvelles conditions, la température continue ,augmenter comme auparavant mais d'une façon diffSrente. On vérifie si la modification des,coRditions de souffla ge a été correctement exécutée en continuant le, soufflage dans les conditions modifiées et en effectuant le calcul prévisionnel de la température finale du bain métallique, cette valeur devant etre égale à-la valeur désirée. Evidemment, si la nouvelle-valeur prévisionnelle de la température finale du bain.métallique n'est pas égale à la valeur désirée, on modifie de nouveau les conditions de soufflage, une ou plusieurs fois, jusqu'à ce que ladite égalité des valeurs pré visionnelles et de consigne de la te,mpérature finale du bain métal lique soit obtenue. En outre, on ajuste le volume total d'oxygène soufflé en fonction des modifications éventuelles des conditions de soufflage et des résultats du calcul prévisionnel de la température finale du bain métallique. R E V E N D I C A T I O N -S- 1-0 Procédé vde régulatio n des techniques d'affinage de -la fonte à l'oxygène; c a r a c t é r i s é en ce -qu'il comporte les opératfons- suivantes a) on calcule -la vitesse de décarburation du bain métallique sui vant une méthode- connue en soi, à partir des informations four nies pa un ou plusieurs capteurs appropriés et des conditions de soufflage b) on établit un bilan d'oxygène au moyén duquel on calcule la quantité d'oxygène fixée dans le laitier ;; c) on calcule l'analyse probàble du.laitier,- en.se basant sur des théories physico-chimiques, on-en déduit l'activité de FeO et, grâce à la relation thermodynamique Fe + O = (FeO), on calcule la teneur en oxygène du bain métallique en'équilibre avec ce laitier d) on établit la relation en fonttion de la température, de la constante d'équilibre de l'une-ou-l'autre des deux réactions suivantes :CO + O = C02, CO + (FeO) = C02 + Fe, on calcule au moyen des indications d'un analyseur de gaz le rapport C 2 des quantités de C02 et de CO se trouvant à l'intéri.eur du E erte seur et on obtient ainsi une expression permettant de connaître tout instant la valeur de la température dans le convertis seur, cette température pouvant être transformée en température de bain métallique par conversion suivant un étalonnage préala blé ; e) à partir de ltexpres-sion établie skelon-d),- on -calcule la tempé rature finale p-robable du bain métallique au moyen de calculs prévisionnels basés sur le débit,d'oxygène insufflé, sur le rap port C02 des- quantités de C02 et de CO se trouvant à l'inté rieur du convertisseur, sur les analyses et les quantités de laitier, toutes ces mesures étant effectuées à un même instant donné f) on compare ladite valeur finale prévisionnelle du bain métalli que à la valeur finale désirée et en cas de différence, on modi fie le rapport CO2 des gaz C02 et CO se trouvant-à l'intérieur du convertisseur, par des moyens connus tels que-par exemple en modifiant le débit d'oxygène et/ou la hauteur de la lance d'af finage au-dessus du bain. 2 Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r is é en ce que les diverses opérations de calcul sont effectuées de façon continue. 30 Procédé suivant la revendication 1., c a r a c t é r is é en ce que les diverses opérations de calcul sont effectuées par intermittence, à une fréquence comprise entre 2 et 10 par minute. 40 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é en ce que les opérationsde calcul sont effectuées au moyen d'un ordinateur électronique. 50 Procédé suivant l'une ou l'autre des renendications 1 à 4, c a r a c t é r i s é en ce que les informations fournies par les capteurs en vue de calculer la vitesse de décarburation du bain métallique consistent en compositions, températures et débits des fumées sortant du convertisseur, ainsi qu'en débit d'oxygène insufflé. 60 Procédé suivant 11 une ou l'autre des revendications 1 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que dans le but de faciliter le calcul de l'analyse du laitier, on effectue ce calcul après que le silicium contenu dans le bain métallique ait été brûlé. 70 Procédé suivant ltune ou l'autre des-revendications 1 à 6, c a r a c t é r i s é en ce que, dans le but de connaître l'analyse du laitier, on effectue le prélèvement.d'un échantillon en cours de soufflage. 80 Procédé suivant l'une ou 1vautre des revendications 1 à 7, c a r a c t é r i s é en ce que, pour contrôler le niveau de la teneur en oxygène du laitier, dont on a calculé l'analyse, on effectue une mesure de ladite teneur au moyen d'un dispositif de détermination de l'intensité du son provenant du,convertisseur. 90 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, c a r a c t é r i s é en ce que l'on tient compte de la modification des conditions de soufflage en calculant l'effet thermique qui en résulte, c'est-à-dire en calculant la nouvelle express sion permettant de connaître à tout instant la température du bain mtallique . 100 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, c a r a c t é r i s é en ce que l'on vérifie si la modification des conditions de soufflage a été correctement exécutée en continuant le soufflage dans les conditions modifiées et en effectuant le calcul prévisionnel de la température finale du bain métallique, otte valeur devant etre égale à la valeur désirée. 110 Procédé suivant la revendication 10, c a r a c t ér i s é en ce que si la valeur prévisionnelle de la température finale du bain métallique n'est pas égale à la valeur désirée, on modifie de nouveau les conditions de soufflage, une ou plusieurs fois, jusqu'à ce que ladite égalité des valeurs prévisionnelles et de consigne de la température finale du bain métallique soit obtenue. 120 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, c a r a c t é r i s é en ce que l'on ajuste le volume total d'oxygène soufflé en fonction des modifications éventuelles des conditions de soufflage et des résultats du calcul prévisionnel de la température finale du bain métallique.