Brevet FR2009821A1 — publié le 19700213

-i- 2009821 L'invention concerne un appareil servant à mesurer simultanément et en un temps court le carbone liquide et la température du bain dans les fours, pendant le soufflage, de manière à effectuer un réglage dynamique du soufflage, 5 ce qui améliore la qualité et la production de lingots d'acier. On a proposé diverses méthodes pour mesurer la température du bain de carbone liquide dans les fours, mais une méthode consiste à descendre un récipient d'échantillonnage I à travers une ouverture du four, à faire entrer l'acier fondu 10 dans le récipient, à élever celui-ci immédiatement et à mesurer la température du bain au moyen d'un thermocouple 20 comme le montrent les figures I à 4. Pour déterminer la teneur en carbone d'un bain d'acier fondu, on mesure la température d'une ligne de li-15 quidus pendant la variation de température dans le récipient d'échantillonnage I puis on effectue l'analyse thermique. Pour obtenir une valeur correcte de la température de la ligne de liquidus, après avoir mesuré la température du bain, on pousse vers le bas le thermocouple immergé perdu 20 au moyen d'un dis-20 positif spécial. On observe que le temps nécessaire pour effectuer cette mesure des températures du bain d'acier fondu et de la ligne de liquidus est d'environ 15 secondes après le moment où. l'on a laissé tomber le récipient d'échantillonnage dans 3e bain. 25 Mais généralement, diverses mesures effec tuées dans des fours pendant le soufflage sont difficiles parce qu'on effectue le soufflage à grande vitesse et si vigoureusement qu'il se pr oduit les inconvénients suivants : 1) lorsqu'on descend le récipient d'échantillonnage dans le bain 30 d'acier fondu, la couche de scorie qui a une température différente de celle du bain d'acier fondu pénètre souvent dans le récipient, empêchant ainsi une mesure précise de la température de liquidus; 2) pendant la mesure de la température de liquidus, on observe 35 un trou de retrait au centre de l'échantillon et il s'étend du haut en bas, empêchant ainsi d'effectuer une mesure correcte; 3) étant donné que la mesure porte sur une petite quantité d'acier contenue dans le récipient d'échantillonnage retiré, l'abaissement de cette température est plus yapide que celui de la 40 température du bain contenu dans le four de sorte que le résul- 1 - BAD ORfrt'*JAL 69 11564 -2- 2009821 tat de la mesure n'est pas stable; 4) étant donné que le fil conducteur relié à un instrument de mesure présente une structure à deux circuits comme le montre la figure 4» il risque d'être fondu ou court-circuité par la 5 flamme de combustion dans le four, l'état de la couche de scorie et de l'acier fondu. Ainsi, il est impossible d'assurer une compensation à 100$. En outre, pour préparer le fil en vue d'un nouvel usage, il faut un temps considérable. L'efficacité du thermocouple immergé est très 10 faible. Aussi, l'un des buts de l'invention est de fournir un détecteur nouveau permettant de mesurer simultanément la température du bain et le carbone liquide. Un autre but est de fournir un nouveau réci-15 pient d'échantillonnagé qui empêche l'acier fondu d'arriver dans le récipient avant que celui-ci ne soit plongé dans le bain d'acier. Un autre but est encore de fournir un récipient d'échantillonnage perfectionné présentant des moyens qui 20 permettent un écoulement libre de gaz mais qui empêche un écoulement en sens inverse de l'acier fondu. En abrégé, selon l'invention, on prévoit un appareil destiné à la détermination simultanée de la teneur en carbone et de la température d'un bain d'acier fondu pendant 25 le soufflage et qui comprend un récipient d'échantillonnage présentant une ouverture dans sa paroi latérale, un premier thermocouple situé au fond du récipient, un deuxième thermocouple situé à l'extérieur du fond du récipient, une lance auxi-• liaire servant à supporter le récipient d'échantillonnage, des 30 moyens permettant d'éjecter du gaz à travers l'ouverture en passant par la lance auxiliaire et un bouchon formé de matière poreuse et prévu à la partie supérieure du récipient d'échantillonnage et qui permet un écoulement libre du gaz mais empêche l'acier fondu de s'écouler à contre-courant. 35 Sur les dessins annexés : - la figure I est une vue schématique d'un appareil antérieur servant à mesurer la température du carbone dans l'acier.liquide; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 40 II-II de la figure,I; .• BAD ORK5»Nau 69 11564 -3- 2009821 - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un détecteur suivant la ligne III-III de la figure I; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure I; - la figure 5 est une coupe longitudinale d'un récipient selon l'invention; - la figure 6 montre une façon d'utiliser le récipient pour le procédé au four basique à oxygène; - la figure 7 est un graphique d'une température type de liquidus, et - la figure 8 montre une courbe qui indique la variation de la température du bain d'acier fondu. Gomme le montrent les figures 5 et 6, l'appareil de mesure selon l'invention comprend un détecteur de température I et une lance auxiliaire 2. Le détecteur I comprend un récipient d'échantillonnage 4 présentant line ouverture latérale 3 qui permet de faire arriver- de l'acier fondu dans le récijpient, et Tin thermocouple 5 servant à mesurer la température de la ligne de liquidus et disposé au fond du récipient d'échantillonnage 4. Pour protéger thermique ment et mécaniquement le récipient d'échantillonnage 4, celui-ci est recouvert d'une gaine de papier 6 et un thermocouple supplémentaire 7 fait saillie au delà de la surface de fond du récipient d'échantillonnage 4 de manière à mesurer la température du bain. Avec cet appareil, l'acier fondu qui afflue au récipient d'échantillonnage 4 par l'ouverture latérale 3 est désoxydé au moyen d'un réducteur 8 qui est formé d'un fil d'aluminium ou similaire, et alors, la ligne de liquidus de l'acier fondu contenu dans le récipient est détectée au moyen du thermocouple 5 situé au fond du récipient, de sorte que la teneur en carbone de l'acier fondu est déterminée par cette ligne de liquidus. Lorsqu'on descend le récipient d'échantillonnage dans le bain d'acier fondu, la gaine 6 qui est formée de carton ou matière similaire brûle en dégageant du gaz lorsqu'elle entre en contact avec l'acier fondu, causant ainsi une agitation vigoureuse de celui-ci. En conséquence, la mesure de la température du gaz et de la ligne de liquidus est rendue très instable par les thermocouples 5 et 7. Pour empêcher cela, la paroi de l'ouverture et l'extérieur du fond du répip'ient sont recouverts par des blindages 9 et 10 en métal ou autre matière réfractaire 69 11564 -4- 2009821 20 de. manière à stabiliser les thermo couples 5 et 7. Pendant le soufflage de la scorie, une couche à une température différente de celle de l'acier fondu recouvre celui-ci. Par conséquent, quand on plonge le récipient dans le bain, la scorie risque d'entrer dans le récipient et d'empêcher une mesure précise de la température du bain. Pour éviter cette difficulté, un gaz approprié tel que de l'air est éjecté vers l'extérieur par l'ouverture 3, depuis l'orifice d'entrée II prévu à l'extrémité supérieure du récipient 4» cette purge d'air s'effectuant à 10 travers un tube intérieur de la lance auxiliaire 2, relié au détecteur mentionné I. ( Comme le montre schématiquement la figure 6, pendant le soufflage ou immédiatement après le soufflage dans le procédé à four basique à oxygène, on descend l'appareil nouveau dans le bain tout en le purgeant à l'air. L'appareil passage à travers la couche de scorie puis atteint une profondeur désirée dans le bain. Quand on arrête; la purge, de l'acier liquide sans scorie peut arriver dans le récipient d'échantillonnage 4. Un bouchon approprié 17 est prévu en haut de l'entrée II pouïr empêcher l'acier fondu contenu dans le récipient de s'écouler en sens inverse vers la lance auxiliaire. Et en outre, le bouchon 17 peut protéger un raccord 15 et les fils conducteurs de compensation 16 qui sont reliés à la lance auxiliaire 2 par un tube d'acier approprié 18, afin d'éviter qu'ils ne soient endommagés. Le bouchon est formé de matière réfractaire poreuse ou de matières perméables et par suite, l'air de purge peut s'écouler librement tandis que l'écoulement inverse de l*acier liquide est empêché. Quand l'appareil nouveau atteint une profondeur prédéterminée dans le bain, la température de celui-ci est détectée par le thermocouple 7 prévu à l'extérieur du réoipient et recouvert d'un capuchon d'acier et elle est affichée par un thermomètre extérieur 13, grâce au fil conducteur 16 qui passe à travers la lance auxiliaire 2. La façon dont la température du bain varie pendant que l'appareil de mesure descend et monte est indiquée par une courbe de la figure 8. Autrement dit, l'appareil indique la température de la couche de scorie pendant qu'on le descend à travers celle-ci, puis il indique la température du bain qui est inférieure à celle de la scorie. Lorsqu'on remonte l'appareil, il indique à nouveau la tempéra- 25 30 35 40 69 11564 -5- 2009821 de la scorie. Quand on remonte le récipient d'échantillonnage 4 immédiatement après l'avoir plongé dans le bain, la température de ltacier liquide contenu dans le récipient est indiquée par un thermomètre précis 14, grâce à des fils conducteurs de compensation qui passent à travers la lance auxiliaire, donnant ainsi une courbe comme celle de la figure 7. A une température d'équilibre de 1526° C, on présume la vitesse d'abaissement de la température dë liquidus due à la présence d'impuretés telles que Si, Mn, P et S dans l'acier et on l'utilise comme correctif, puis on détermine facilement la teneur dé l'acier en carbone. L'appareil de mesure est muni de deux thermocouples, l'un servant à mesurer la température de liquidus et l'autre à mesurer la température du bain d'acier fondu, de sorte qu'il est possible de détecter simultanément la teneur en carbone et la température de l'acier fondu avec une grande précision et en un temps extraordinairement court, inférieur à 10 secondes. Par suite, il n'est pas nécessaire d'incliner le four pour mesurer la température et pour analyser la composition de l'acier. Quand on utilise l'appareil de mesure pendant le soufflage, la prédétermination de température, le programme de soufflage et tout ce qui peut aider à stabiliser l'opération d'affinage améliorent la précision de détection des constituants ainsi que la productivité. En outre, étant donné qu'il est possible. de mesurernon seulement la température de l'acier fondu mais encore la température et l'épaisseur de la couche de scorie, il est maintenant possible d'observer le détail de l'état de soufflage. Etant donné que le détecteur I est relié de façon amovible à la lance auxiliaire 2 par un tube d'acier approprié muni de filetages aux deux bouts, il est possible de remplacer le détecteur en très peu de temps, par exemple en 5 secondes. En outre, la purge à l'air empêche efficacement la couche de scorie, à température différente, d'affluer au récipient d'échantillonnage quand le détecteur est plongé dans le bain d'acier fondu. Un bouchon perméable permet un écoulement libre d'air mais empêche l'écoulement en sens inverse de l'acier fondu et par suite la dommage qui en résulte. Enfin, l'appareil de mesure de l'invention 69 11564 -6- 2009821 peut aussi servir pour un four Martin et pour des fours électriques, de la même façon que les thermomètres usuels du type à thermocouple consommable, pour mesurer la température et la teneur en carbone de l'acier. 5 On a décrit l'invention a propos d'un mode d'exécution préférentiel, mais l'homme de l'art concevra de nombreuses variantes qui restent comprises dans l'invention. 69 11564 -7- 2009821 REVEHEICAÏIOHS 1°) - Appareil pour la détermination simultanée de la teneur èn carbone et de la température de l'acier liquide pendant le soufflage, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient d'échantillonnage présentant une ouverture dans sa paroi latérale, un premier thermocouple situé à l'intérieur du fond du récipient, un deuxième thermocouple situé à l'extérieur du fond du récipient, une lance auxiliaire servant à supporter le récipient d'échantillonnage, des moyens permettant de purger le récipient au moyen d'air passant par la lance auxiliaire et un bouchon perméable prévu à la partie supérieure du récipient d'échantillonnage et qui permet l'écoulement libre de l'air mais empêche l'écoulement de l'acier fondu en sens inverse. 2°) - Appareil selon I, caractérisé par le fait que les thermôcouples indépendants sont reliés à un indicateur indépendant, à l'aide de fils conducteurs de compensation passant à travers la lance auxiliaire. 3°) - Appareil selon I, caractérisé par le fait que le récipiènt d'échantillonnage est muni d'une gaine de papier et qu'il est couvert de métal ou autre matière réfrac-taire au moins près de la paroi de l'ouverture latérale. 4°) - Appareil selon I, caractérisé par le fait que le deuxièmè thermocouple est recouvert d'un capuchon métallique.