Brevet FR2035014A1 — publié le 19701218

i 2Û35Û14 La présente invention a pour objet un procédé de fusion de l'acier dans les fours à arc. La recherche britannique pour le fer et l'acier a récemment mis au point un procédé de fusion destiné aux fours à arc, connu sous le nom 5 de "système de commande automatique de la puissance absorbée", dans lequel cette puissance absorbée peut être commandée principalement par deux facteurs, la consommation minimale de puissance de fusion, et le temps de fusion minimal. Cependant, dans les fours à arc, les résultats peuvent se présenter sous divers aspects, à cause,du manque d'uniformité des dimensions 10 et des propriétés physiques des matériaux utilisés, et également de l'instabilité de la puissance absorbée, dus aux variations de la consommation électrique et du temps de fusion. Cette commande du type mentionné dans la première phase de fusion peut être obtenue automatiquement par la montée finale jusqu'à la 15 puissance absorbée maximale, après deux puissances absorbées intermédiaires (F^, > prédéterminées, pendant un certain temps (T^3 T^), tel que représenté sur la figure 1. Ce type de commande entraîne souvent un fonctionnement déficient, et une faible productivité, si bien que le temps de fusion (T^, T^) dans la 20 première phase de fusion est trop grand, ou quelque fois insuffisant pour la commande optimale, principalement à cause du procédé de fusion déterminé à partir d'un programme moyen effectué sans réglage en fonction des variations du matériau de chargement et de la puissance absorbée. En outre, ce procédé est applicable si la valeur de la consom-25 mation de puissance absorbée est égale à celle du produit du poids de matériau de chargement par la puissance absorbée moyenne pour la fusion. Ce procédé entraîne obligatoirement une commande insuffisante. Le procédé de l'invention vise à éliminer cette déficience. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-30 tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titré d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est un graphique représentant le niveau de puissance absorbée, en fonction du temps; - la figure 2 est un schéma synoptique d'un système de commande 35 conforme à l'invention; - la figure 3a_ est un graphique représentant la consommation électrique en fonction du temps, et la figure 3b^ est une courbe de consommation électrique révisée; 7009559 2 2035014 - la figure 4 est un schéma d'un circuit de commande pour la déterminât, ion de la fin du fonctionnement ; - la figure 5 est un graphique pour la détermination du temps final, représentant la puissance en fonction du temps; 5 - les figures 6, 7 et 8 sont des schémas sous forme de blocs d'une modification de programme. La figure 6 correspond au niveau de puissance absorbée, des prises de tension et de la consommation de puissance de chaque section, la figure 7 concerne la ccnsomsiatioa. électrique de toute la phase de fusion, et la figure 8 concerne le facteur de puissance. 10 Le procédé de l'invention sera décrit maintenant en référence à la figure 2. (A) Phase de fusion initiale : Les valeurs de la consommâtion. électrique en fonction du poids des riblons pour chaque division sont réglées dans le dispositif de réglage 15 de consommation électrique 1, puis comparées avec les nombres d'impulsions provenant de l'intégrateur de puissance absorbée 2S dans le dispositif comparateur 3. Lorsque les deux valeurs sont ."gales, la sortie du dispositif 3 est transmise au variateur de prise de tension 4, le niveau de puissance est modifié et sa valeur est établie pous la phase suivante. Dans ce processus, 20 meilleures sont les conditions des riblons et de la tension d'alimentation, plus courtes sont les, phases de puissance, et il s'ensuit un taux de chargement de puissance supérieur, et une amélioration de la productivité. Au contraire, lorsque les conditions ne sont pas bonnes, la vitesse de variation est inférieure, mais le processus est maintenu au niveau établi en fonction de la 25 condition des riblons et de la tension d'alimentation. (B) Commande du facteur de puissance : Dans le fonctionnement du four à arc, la régulation de la longueur de l'arc visible entre l'électrode et la charge est l'une des techniques les plus importantes. La longueur de l'arc étant proportionnelle 30 au facteur de puissance5 elle peut être régulée en fonction des variations de ce facteur de puissance. Les résultats d'expérience dans le four à arc ont montré que le facteur de puissance correspondant à en fonctionnement optimal est situé aux environs de 75% dans la phase de fusion initiale, et aux environs de 70% 35 dans la phase finale» 7009559 3 2035014 Dans le procédé conforme à l'invention, le facteur de puissance optimal est établi dans le dispositif de réglage du facteur de puissance 5, et comparé avec le facteur de puissance de chargement provenant du détecteur • du facteur de puissance 6, pendant le fonctionnement. La commande du régleur 5 de courant 7, à partir de la variation du facteur de puissance, c'est-à-dire de la longueur de l'arc, varie en fonction de la phase de fusion. (C) Décision concernant la fin de la fusion : Le poids des riblons et la consommation électrique établis dans le dispositif de réglage en kWh/t,8,sont multiplies dans un calculateur 9, et 10 comparés en 3, avec la valeur de la consommation électrique provenant de 2, pour l'annonce de la fin de la fusion, ou pour le procédé suivant, lorsque la consommation électrique devient égale à une valeur déterminée. Au cours du fonctionnement, la consommation électrique établie en 8 est réglée sur une valeur déterminée par le réviseur 10. Dans ce dispo-15 sitif, des courbes modifiées telles que représentées sur la figure 3b_ sont calculées en fonction de la relation existant entre la consommation électrique standard et les heures de fusion. Par exemple, lorsque la consommation électrique s'écarte de la courbe standard, les kWh/t sont modifiés en fonction de la variation de la 20 courbe modifiée de la figure 3b_. Sur la figure 3a, lorsque la déviation s'écarte vers le haut de la courbe standard, la consommation électrique devient inférieure à la consommation standard et, inversement, lorsqu'elle s'en écarte vers le bas, la consommation électrique augmente. 25 Chaque phase de puissance est sélectionnée dans un dispositif 11, basé sur le processus de fusion. (D) Information concernant le temps d'opération final : Pendant l'opération électrique, l'opérateur peut apprécier le temps final d'opération par 1'expérience,puis, après que cette opération 30 est terminée, l'opération suivante peut être préparée avec unefeible productivité. Dans le procédé conforme à l'invention3 pour éviter les défauts mentionnés, le temps final est constamment connu par l'opérateur, pendant le fonctionnement, et celui-ci peut préparer l'opération suivante, et il en résulte une meilleure productivité et une utilisation de puissance effective supérieure. 35 7009559 4 2035014 Si l'on se réfère maintenant à la figure 4, dans le cas de l'opération de fusion dans un four à arc, la consommation électrique par tonne de riblon (kWh/t) est basée sur les résultats d'expérience. Tout d'abord, cette consommation électrique "Y kWh/t" est préréglée par le premier commutateur de 5 sélection "ls". Le poids total "W t" de riblon de chargement est préréglé dans le commutateur de sélection "2s". La puissance totale nécessaire à la fusion est égale à Y x W, et la fin de la fusion se produit lorsque la puissance absorbée est égale à Y x W. Le détail concernant le circuit d'information utilisé dans 10 1'invention est le suivant : Le signal d'impulsion P^, proportionnel à la puissance absorbée, par exemple 1 impulsion par kW/h,est placé dans le compteur 3c, puis, lorsque P^ atteint la valeur réglée W par le commutateur de sélection, une impulsion est envoyée dans le compteur le et le compteur 3c est remis à zéro. Puis, 15 le compteur 3c compte à nouveau l'impulsion P^. Comme mentionné ci-dessus, lorsque l'impulsion P^ atteint la valeur W, une impulsion est transmise au compteur le. Celui-ci fonctionne comme représenté par la figure 5, la consommation électrique par tonne (kWh/t) est représentée sur l'axe vertical, et le temps sur l'axe horizontal. Le taux de consommation électrique pendant 20 le fonctionnement est représenté par la ligne A,et le temps T pour la valeur W, réglé par le commutateur 2s, représente le temps nécessaire pour la fin de la fusion. Au temps Tq du fonctionnement, la consommation électrique est comptée pendant le temps t, et cette valeur comptée y^ est représentée par la ligne B, et y^ par la ligne C. Le temps final dans le cas de la ligne B 25 est exprimé par (T„ - Tn ) 1§. cas de la ligne C, par (T„ - T,). Par j X * ZI exemple, le temps (T^ - T-^) est calculé à partir de l'expression : Y Lî 30 71 * t = t3 - Tl Si le temps t est égal à une minute, (T^ - T^) est égal à (Y- Y7) Y - Y, minute. Le temps ) est égal à y 2 . '■■] 2 Si l'on se réfère à la figure 4. l'équation ci-dessus est représentée de la façon suivante. Tout d'abord. le commutateur SW excite le relais temporisé 2T. Au bout d'une minute, le contact Ta se ferme, et le contact Tb s'ouvre. L'impulsion provenant du commutateur 2s est envoyée BAD ORIGINAL^ 7009559 5 2035014 dans le compteur 4c, à travers la porte ET 2ET, pendant une minute. Lorsque le relais temporisé est réenclenché, le compteur 4c cesse de compter et indique y^. D'autre part, l'impulsion de 30 - 500 H est engendrée par le 5 générateur d'impulsions (non représenté)et transmise au compteur 2c à travers le contact Ta et la porte ET 3ET. Lorsque les indications du compteur lc3 provenant de la sortie du compteur 3c, deviennent égales aux indications du compteur 2c par la transmission de l'impulsion Par exemple pour la valeur Yp la porte ET 5ET excite la porte ET 6ET, et l'impulsion est transmise 10 au compteur 5c, à travers la porte ET 6ET. Lorsque les valeurs établies par les compteurs 4c et 5c sont égales, la sortie de la porte ET 7ET est transmise au compteur 6c, et celui-ci est remis à zéro. Puis, lorsque l'impulsion P^ est transmise au compteur 5c à nouveau, la séquence ci-dessus est répétée, jusqu'à ce que les valeurs 15 établies par le compteur 2c deviennent égales à la valeur Y réglée par le commutateur 1s et sa sortie excite le relais Z. Sous l'action du relais X, les compteurs 2c, 5c et 6c cessent de compter l'impulsion ?2. La valeur affichée en L, basée sur les valeurs du compteur 5c, représente le temps d'information de la fin du fonctionnement. L'affichage est maintenu pendant 20 un temps limité par le relais temporisé 3T , les compteurs 2c, 4c, 5c et 6c sont remis à zéro, et la séquence ci-dessus est répétée. Comme mentionné ci-dessus, au moyen de l'appareil d'information de la fin et du système de commande de la puissance absorbée du four à arc, les opérateurs connaissent toujours le temps de la fin de l'opération de 25 fusion et peuvent se préparer au processus suivant et, par conséquent, l'efficacité du travail est très améliorée, (E) Amélioration du programme : Comme mentionné ci-dessus, le système de commande conforme à l'invention est basé sur la commande du programme. La commande du programme 30 doit donc être améliorée par la modification des diverses valeurs réglées, sur le programme de commande, et la fonction de la consommation électrique standard et du temps de fusion'. L'amélioration de ce programme est accomplie par la recherche de la valeur optimale, par la connaissance du fonctionnement pratique. 35 Si l'on se réfère à la figure 1, les nivèaux de puissance P^ et P£ sont par exemple limités par la durée de service du matériau réfrac-taire de la voûte du four et des parois, par une cassure éventuelle de 9 7009559 6 2035014 1'électrode, la déclenchement d'une surintensité, etc. D'autre part, les niveaux de puissance P^ et P^ seront établis de préférence à une valeur supérieures à cause de l'avance de productivité et de faible consommation électrique, Par conséquent, les niveaux de puissance P^ et P^ sont uniquement 5 choisis en fonction des conditions du four, mais établis à des valeurs estimées en fonction de l'expérience passée, et n'ont donc pas obligatoirement une valeur optimale. L'amélioration du réglage de la valeur optimale est effectuée par l'accumulation et l'étude d'informations pratiques3 suffisantes pour 10 couvrir les diverses conditions du four chargé et la tension d'alimentation. Les effets du fonctionnement du four peuvent varier en fonction des variations des valeurs programmées établies. Il est par conséquent difficile d'accumuler et d'étudier de nombreuses informations. La commande de l'appareil, conforme à l'invention, est donc 15 effectuée automatiquement par l'accumulation et l'étude de nombreuses informations, et l'amélioration du programme. Le fonctionnement de l'invention est le suivant. Par exemple dans la figure 6, las points de contrôle correspondant ami valeurs établies par les dispositifs 12 et 13 sont détectés à 20 partir des détecteurs 20 ou 21, et comparés aux valeurs établies par les dispositifs de réglage de la valeur de base 16 ou 18, dans les dispositifs comparateurs 17 ou 19. En fonction de cette comparaison, les valeurs programmées établies sont modifiées par un modificateur de programme 14 ou 15. Dans ce cas, cette comparaison est effectuée dans les dispositifs 17 et 19, 25 si cette modification des valeurs constitue ou non une amélioration, et si cette- modification peut entraîner ou non des perturbations. La séquence suivante se répète comme décrit ci-dessus, jusqu'à ce que les valeurs établies soient optimisées; cette séquence est constituée par le fonctionnement du programme, la détection du fonctionnement, l'accumulation 30 de l'information, la comparaison avec la valeur de base et l'amélioration du programme. Dans ce système de commande, les facteurs détectés qui peuvent influencer le fonctionnement du four sont régulés pendant le fonctionnement. Les facteurs détectés par les opérateurs, mais qui n'apparaissent pas avant 35 la fin de la fusion, sont régulés hors fonctionnement. 7009559 7 2035014 Si l'on se réfère à la figure 7, les points de contrôle des valeurs établies dans le dispositif 22 et le réviseur 23, pour la détermination de la fin de la phase de fusion ou le commencement du processus suivant, sont détectés par le détecteur 28 et comparés avec la valeur de base du dispositif 5 26, dans un comparateur 27. Les courbes révisées des valeurs établies de la consommation absorbée standard sont introduites dans le modificateur de courbe révisée 25. Comme représenté dans la figure 8S le système de commande du facteur de puissance comprend un régleur du facteur de puissance 29, un modificateur 30, un comparateur 31, et un régleur de la valeur de base 32, 10 ainsi qu'un détecteur 33. Le système de commande de fusion du four à arc peut présenter réellement une capacité de commande au moyen du programme améliorant l'appareil décrit. Quelques exemples de relation entre les facteurs programmés et les points de contrôle sont donnés ci-dessous : 15 1. Concernant les valeurs établies de niveau de puissance absorbée, de prises de tension et de consommation électrique pour la phase initiale de fusion : (1) Erosion, durée de service et température des matériaux réfractaires constituant la voûte, (2) Perturbations entraînéespar une cassure d'électrode, et leurs causes, 20 (3) Aspect de l'extrémité consommée de chaque électrode, (4) Déclenchement du rupteur de circuit principal, dû à des surintensités, (5) Action du courant d'arc, (6) Erosion locale des terres réfractaires, (7) Vitesse d'alésage de l'électrode, et ainsi de suite. 25 2. Concernant la valeur établie du niveau de puissance absorbée, des prises de tension et de la consommation électrique pour la dernière phase de fusion : (1) Erosion, durée de service et température des matériaux réfractaires constituant les parois, 30 (2) Perturbations entralnéespar une cassure de l'électrode et leurs causes, (3) Déclenchement du rupteur de circuit principal dû- à une surintensité, (4) Consommation de l'électrode, (5) Consommation de puissance, (6) Productivité, et ainsi de suite. 35 3. Concernant les valeurs établies de la consommation électrique pour toute la fusion : (1) Aspects de la fusion et température du bain, (2) Productivité, et ainsi de suite. 7009559 8 2035014 4. Concernant la valeur établie du facteur de puissance du processus de fusion : (1) Perturbations entraînéespar une cassure de l'électrode et leurs causes, (2) Erosion, durée de service et température d'un matériau réfractaire, 5 (3) Productivité, (4) Consommation électrique, et ainsi de suite. Il apparaît, d'après ce qui précède, que le procédé de l'invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord, le four à arc peut fonctionner à un niveau de puissance absorbée optimale. Ensuite, la 10 consommation électrique peut prendre une valeur convenant aux conditions de fusion. La longueur de l'arc de fusion peut être réglée au moyen de la commande du facteur de puissance. Enfin, le programme de commande peut être optimisé par le système d'amélioration de la valeur établie. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation 15 décrites, et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. 7009559 9 2035014 REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de fusion rapide dans un four à arc,, par commande automatique de la puissance absorbée pour la période de fusion de l'acier dans le four à arc, par commande programmée automatique faisant varier le niveau de puissance absorbée à la sortie d'un dispositif de comparaison, 5 caractérisé en ce que la consommation de puissance est comparée à une valeur établie, pour chaque section de fusion dans un dispositif de réglage de la consommation de puissance. 2. Procédé selon la revendication lx caractérisé en ce que le courant d'arc peut être réglé proportiomeUanent à la déviation du facteur de 10 puissance provenant du dispositif de comparaison dans lequel le facteur de puissance de chargement pendant la fusion est comparé à une valeur réglée pour chaque section de fusion dans un dispositif de réglage du facteur de puissance. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en 15 ce que la commande automatique se fait par modification de la consommation de puissance pour la fusion, par comparaison du temps avec un temps de fusion standard, et par contrôle de courbes révisées dans un réviseur. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fin de la fusion peut être déterminée par le produit de la consom- 20 mation de puissance par tonne par le poids du chargement, l'information concernant l'instant de la fin de la fusion étant calculée à partir de l'impulsion de puissance absorbée par unité de. temps3 et le reste de la consommation totale de puissance, au moyen de l'impulsion de puissance absorbée, et de l'impulsion haute fréquence provenant du générateur d'impul-25 sions, jusqu'à ce que la consommation de puissance soit égale à la valeur, établie. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une fonction de modification optimise les valeurs établies pour la programmation, au moyen d'un comparateur comparant la valeur de base donnée 30 et les valeurs détectées dans le four à arc, pendant le fonctionnement, les facteurs détectés pendant le fonctionnement du four, variant en fonction des valeurs établies par les réglages du programme.