Brevet FR2045718A1 — publié le 19710305

La présente invention est relative à un procédé de conduit te automatique de l'affinage de la fonte dans un convertisseur à soufflage par le haut. Jusqu'à présent, la plupart des chercheurs qui ont abordé la conduite automatique du soufflage dans les aciéries à l'oxy- gène, ont considéré l'analyse des fumées comme une donnée essentiel le pour la solution de ce problème. Des difficultés de prélèvement, des temps de réponse asig longs et la mise en oeuvre délicate des analyseurs au niveau des précisions requises, constituent cependant des handicaps non négligeables de cette façon de procéder. Par ailleurs, on a déjà mis en évidence les relations qui existent -du moins dans une hotte à combustion complète- entre la température des fumées dans la hotte de captation et les réactions métallurgiques dans la cornue. La simplicité de la mesure de la température des fumées et le fait que des thermomètres à temps de réponse très court peuvent être mis au point constituent des avantages sériaux pour une conduite automatique du soufflage. En outre, la mesure de la température des- fumées permet de calculer, avec-précision et à tout instant du soufflage, la vitesse de décarburation et l'oxydation de la scorie. Pour une telle régulation du soufflage, il a déjà été proposé d'agir sur la hauteur de lance. Dans le procédé en question, on modifie la position de la lance par rapport au bain de métal de façon à faire évoluer la température des fumées évacuées dans la hotte pour faire coïncider au mieux la courbe de cette température avec une courbe établie empiriquement à l'avance. La présente invention est basée sur la découverte que de meilleures corrélations existent entre le débit d'oxygène et les réactions métallurgiques (vitesse de décarburation, oxydation de la scorie) qu'entre celles-ci et la hauteur de lance. En outre, une action sur le débit d'oxygène soufflé à l'avantage de pouvoir tenir compte automatiquement de l'apport de l'oxygène du minerai à la décarburation. Le principe de base du procédé de conduite automatique de l'opération d'affinage de la fonte, objet de la présente invention, est que tout en réglant la hauteur-de lance par rapport au bain métallique suivant un programme prédéterminé basé sur le volume d'oxygène soufflé, on fait varier le débit d'oxygène soufflé de façon à faire suivre une trajectoire déterminée à la courbe d'évolution de la température des fumées. La présente invention couvre un procédé de conduite automatique de l'opération d'affinage de la fonte dans un convertisseur à soufflage par le haut, dans lequel on introduit dans un calculateur les indications fournies par les appareils de mesure d'une part du débit d'oxygène soufflé dans le convertisseur et d'autre part de la température des fumées d'affinage, le calculateur procède à l'intégration du débit d'oxygène soufflé et à la comparaison, à chaque instant, des valeurs calculées du volume d'oxygène soufflé avec des valeurs prédéterminées de ce volume obtenues à partir dq informations données par un ordinateur, parallèlement le calculateur procède à la comparaison de la dérivée de la température des fumées d'affinage avec des valeurs prédéterminées d'élévation de température des fumées d'affinage et/ou à la comparaison de la valeur de la température enregistrée avec des valeurs prédéterminées, à chaque coïncidence d'une valeur calculée de volume d'oxygène soufflé dans le convertisseur, et/ou de température atteinte par les fumées d'affinage, et/ou de vitesse d'élévation de température desdites fumées, avec une valeur de consigne mémorisée dans le calculateur, celui-ci, suivant le cas, enclenche l'ordre de modification de la hauteur de lance et commande les variations adéquates de hauteur de lance en fonction d'une part des instants déterminés pour la modification et d'autre part des valeurs de la hauteur de lance initiale, des différences de hauteur choisies, de la vitesse d'abaissement ou de remontée de la lance, ou enclenche l'or- dre d'entrée en action d'un dispositif régulateur du débit d'oxygène soufflé dans le convertisseur et commande le fonctionnement de ce régulateur en l'asservissant aux consignes d'un régulateur de la température des fumées d'affinage, l'asservissement du régulateur de débit d'oxygène au régulateur de température des fumées étant réalisé par comparaison, par le calculateur lui-même, à chaque instant, des valeurs mesurées de la température des fumées avec des valeurs de consigne préétablies et mémorisées dans le calculateur. Ce principe de contrôle de l'élaboration recèle en luimême une très grande diversité de modes d'élaboration possibles. C'est ainsi qu'il suffit de relever la courbe de consigne de température des fumées pour que, toutes autres choses restant égales le débit d'oxygène demandé augmente et que l'élaboration soit ac célérée, ou encore, il suffit de relever le niveau de la lance pendant la première partie de l'élaboration pour accélérer la forma- tion de la scorie sans risque d'accident. En effet, le débit d'oxygène augmentera afin de respecter la vitesse de décarburation prédéterminée avec comme conséquence une augmentation du débit d'oxygène vers la scorie. I1 en résulte que, moyennant un changement de consigne très simple, le procédé de conduite de l'affinage objet de l'invention peut être adapté à une analyse déterminée de fonte ou à l'ob- tention d'une nuance déterminée d'acier. La régulation suivant l'invention permet également entre autres de compenser l'usure de la lance. En outre, on peut régler le niveau moyen de la lance de façon telle que les conditions métallurgiques imposées puissent être réalisées dans la fourchette des débits d'oxygène normalement admise. A titre purement exemplatif, on décrira ci-dessous une mise en oeuvre du procédé de conduite automatique de l'opération d'affinage de la fonte, objet de la présente invention. L'installation a été réalisée sur deux cornues de 180 t d'une aciérie LD ; le modèle de soufflage automatique pilote trois fonctions - position de la lance - débit d'oxygène ; - instants d'additions. La figure 1 représente le schéma réalisé pour contrôler la hauteur de lance : on y constate tout d'abord que le programme de hauteur de lance est imposé en fonction du pourcentage oxygène soufflé et non'en fonction du temps. oxygène total à souffler On distingue les phases suivantes. 1) Départ (opérateur) : la lance descend, à vitesse maximum puis progressivement réduite, jusqu'à la hauteur initiale HLo compos tée par l'opérateur sur la base d'informations données par un ordinateur off line. 2) La lance se maintient à cette position HLo jusqu'à ce que soit passé un volume d'oxygène égal à xlt du volume total à souffler (x1 vos m3N 02). 3) La lance descend à vitesse constante (p) jusqu'à une hauteur HLo - aH1. En supposant un débit d'oxygène constant et des ré glages corrects, cette hauteur doit en principe être atteinte pour x2 vos m3N O2 (cas de la figure 1). Si le niveau HL0 - #H1 est atteint un peu avant l'instant correspondant à x2 vos. la lance est maintenue à HLo - A (cas b). Si x2 vos est atteint avant que le pas #H1 ait été franchi la descente est immédiatement com plètée (cas c). 4) La lance est maintenue à niveau constant jusqu'à x3 vos. S) La lance remonte dsune hauteur égale à AH2 et se maintient à la valeur HLo - #H1 + #H2 jusqu x4 vos Le moussage est ainsi facilité. 6) La lance descend de #H3 et reste à la hauteur HLo - #H1 + AH2- AH3 jusqu la fin du soufflage représenté par x5 vos (x5 = 100%) 7) Lorsque le volume prédéterminé d'oxygène a été soufflé, le dis positif donne automatiquement à la lance le signal de remontée jusqu'à butée supérieure et à la vanne à oxygène le signal de fermeture. En vue de réaliser le schéma de variation de hauteur de lance tel qu'il vient d'être décrit, le dispositif automatique réalise les fonctions suivantes - intégration du débit d'oxygène soufflé; - comparaison, à chaque instant, du volume soufflé avec les valeurs prédéterminées x1 vos, x2 vos... x5 vos ; - lors du passage sur ces valeurs, enclenchement de l'ordre de constitution de la consigne de hauteur de lance suivante - réalisation des consignes successives de hauteur de lance en fonc tion d'une part des instants déterminés ci-dessus et d'autre @art des valeurs choisies pour HL0, H1, p... A cela, il faut encore ajouter un certain nombre de fonctions @uxiliaires telles que remise à zéro de l'intégration après @ou@fl@ge, enclenchement de l'intégrateur, remise à zéro du générateur de pente p... Dans l'équipement réalisé, ces différentes fonctions @on. obtense@ par des dispositifs analogiques et des relais ; la @@@@@que @@@@@u eur @@ lance es@@ ons@@ dée à l'aide de @@tentio @@@@@es e@ @@ @vo-mécanismes. @@onde caracteristique d@@p @cédé objet @@@ l'inven- @i@@ réside sens le réglage du débit d'oxygène soufflé de façon à faire suivre une trajectoire dé@erminé@ @ @@ température @es fumées @ett@ dernière est mesurée par un thermoccuple placé dans @s hotte à un niveau optimum. La coulée est divisée en quatre phases : 1) Démarrage : pendant cette première partie, qui doit comprendre l'allumage, le débit d'oxygène est maintenu à une valeur cons tante Q02 in fixée au préalable ; la température des fumées s' élève alors lentement. 2) Montée de température : à partir d'un instant donné, le régula teur de température des fumées entre en action en imposant au régulateur de débit d'oxygène une consigne variable telle que la température suive une trajectoire linéaire de pente prédéter minée'(oe0C/min). Le débit d'oxygène n'est cependant autorisé à varier entre deux limites supérieure et inférieure compatibles avec la bonne marche de l'installation et les impératifs de sé curité. 3) Palier de température : à partir d'un second instant, la tempé rature fumées reste constante et le régulateur de débit d'oxygè ne reçoit toujours la consigne nécessaire à cet effet. Le palier dure jusqu'au moment où x9 vos m3N d'oxygène ont été soufflés. 4) Chute de température : à partir de cet instant déterminé par la valeur de xg, la consigne de débit est maintenue constante (Q02 fin) et la température des fumées suit naturellement une courbe descendante jusqu'à la fin de la coulée. La détermination des débuts des phases 2 et 3 est effectuée comme suit - la phase 2 démarre - soit à l'instant où x7 vos m3N d'oxygène ont été soufflés - soit lorsque la vitesse de montée naturelle de la température fumées (phase 1 : démarra ge) atteint un seuil fixé de ss C/min. - la phase 3 démarre - soit lorsque la température s'est accrue de AT C depuis le début de la régulation - soit lorsque x8 vos m3N d'oxygène ont été soufflés. Les deux alternatives peuvent être combinées ; on se trouve donc en présence de quatre possibilités schématisées à la figure 2. Dans le cas Ia par exemple, le démarrage de la régulation de température a lieu à l'instant correspondant x7 vos et le palier de température débute après un accroissement de AT C. En marga de chaque figure, on trouve les paramètres à fixer pour déterminer le type de soufflage représenté (exemple : pour Ia : Q02in, Q02fin, x7, xg, oe,AT). Pour assurer le réglage du débit d'oxygène qui vient d' être décrit, les fonctions suivantes do;vent être assurées - intégration du débit d'oxygène et comparaison aux seuils régla bles x7, x8 > x9) - dérivée de la température fumées et comparaison à un seuil régla- ble - détermination de l'accroissement de température et comparaison au seuil réglable AT ; - enclenchement des opérations prévues lors du passage sur ces di vers seuils - génération de la consigne de température des fumées - réalisation de cette consigne par fermeture de la boucle sur le processus (action sur le débit d'oxygène). La figure 3 reproduit un enregistrement simultané de dif- férentes grandeurs, effectué pendant une coulée élaborée par le système de conduite automatique objet de l'invention. Les grandeurs représentées en fonction du temps sont en A : la hauteur de la lance (mètres) ; B : le débit d'oxygène ( Sm3/min) C : le poids de chaux ajouté D : le poids de minerai ajouté E : le poids de spath ajouté F : la température des fumées ( C) ; G : le niveau sonore à hauteur du bec. En ce qui concerne la régulation de débit d'oxygène la phase 2 a été établie à l'aide du couple de paramètres x7 (Fig.2. Ia). On peut observer les variations du débit d'oxygène nEces- saires pour faire suivre la trajectoire désirée à la courbe de tempo pérature des fumées. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé de conduite automatique de l'opération d'affinage de la foute dans un convertisseur à e soufflage par le haut 17 c a r a ct é r i s é en ce que lion modifie la hauteur de la lance suivant un programme prédéterminé, en ce qu'on mesure de façon appropriée la température des fumées de conversion ainsi que le débit de l'oxygène soufflé, et en ce que l'on modifie dans le sens adéquat le débit de l'oxygène soufflé dans le bain de façon à ce que la courbe représentant l'évolution temporelle de la ternpérature des fumées suive une trajectoire prédéterminée. 20) Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le programme déterminant la hauteur de la lance, est luimême fonction prédéterminée de la quantité d'oxygène déjà soufflée. 30) Procédé suivant l'une ou quelconque des revendications 1 et 2, prise isolément c a r a c t'é r i s é en ce que la mesure du débit d'oxygène est effectuée de façon continue et le résultat de cette mesure, introduit continûment dans un calculateur automati- que qui procède à l'intégration du dit débit de façon à obtenir à chaque instant la quantité d'oxygène déjà coufflée. 4 ) Procédé suivant l'une ou quelconque des revendications prise isolément c a r a c t é r i s e en ce que la mesure température des fumées est effectuée de façon continue et le résul tat de la mesure introduit continûment dans un calculateor automatique qui en détermine à chaque instant la dérivée temporelle, et en ce que la mesure de la, dite température et éventuellement celle de sa dérivée temporelle sont à chaque instant comparées dans le calculateur avec les valeurs correspondantes de consignes mémorisées dans un ordinateur, et en ee quon modifie le bit d'oxygène en fonction des écarts constatés entre les résultats aes mesures et les valeurs ae consigne correspondantes. 5 ) Procédé suivant l'une ou quelconque des revendications 1,2,3 4, prise isolément c a r a c t é r @ @ é en ce que la modifica tion du débit d'oxygène est r@@li@@@@@@@@ e@ automatiqu- et con nue moyen d'un régul@teur de @@@@@, asservi aux @aleurs des u écarts.