Brevet FR2185687A1 — publié le 19740104

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant, de manière indirecte et n continu, de déterminer la teoérture de bains métalliques et de surveiller le processus de soufflage à l'intérieur de ceux-ci, en particulier dans des convertisseurs, en mesurant et exploitant des paramètres d1 oscillation. -Il est connu des procédés et dispositifs pour surveiller le processus de soufflage qui utilisent une relation exploitable entre le processus de soufflage et une grandeur physique mesurable comme, par exemple, la conductibilité électrique de l'atmosphare .gazeuse au-dessus du bain métallique, l'amplitude du bruit de soufflage, la composition des gaz de combustion, ou le rayonnement infrarouge et la transparence de la flamme du convertis s'etir. En outre, il a déjà été proposé de mesurer l'intensité de l'oscillation du bain métallique au moyen de capteurs électromagnétiques et d'utiliser cette grandeur pour surveiller le processus de soufflage et commandeur des rocessus d'affinage dans des convertisseurs. A l'aide d'un dispositif pour la mise n oeuvre de ce procédé, la tension sinusoldale induite dans le capteur d'oscillation électromagnétique est soumise à une amplification préalable et transformée en une tension rectangulaire par l'intermédiaire d'un dispositif de filtrage de fréquence prévu dans l' r:plificateur limiteur. nnsuite, la tension rectangulaire est redressée et amenée à un enregistreur de bande compensée qui est étalonné en fréquence. Par ce procédé, on peut établir une courbe caractéristique représentant l'évolution de l'intensité d'oscillation en fonction du temps de soufflage, courbe qui peut etre utilisée pour surveiller et/ou régler le processus d'affinage. Pour mesurer la teirpé- rature en continu, il a été proposé d'effectuer des mesures à l'aide de pyromètres à radiation totale et/ou d'un élément thermosensible à travers le fond ou l'enveloppe du convertisseur, ainsi que de tirer des conclusions en ce qui concerne la température du bain à partir de la tepipérature des az de combustion. La mesure continue de la température nécessite des dispositifs compliqués et coûteux puisqu'il faut établir un contact direct avec le n:ilieu faisant l'objet de la mesure. La mise en place d'un élément thermosensible nécessite, par exemple, l'uti lisation de matières céramiques hautement réfractaires et de dispositifs de refroidissement de haute qualité. La mise en application des procédés cités pour surveiller le processus de soufflage doit, en majeùre partie, satisfaire des conditions rigoureuses sur le plan technique puisque les grandeurs à mesurer s'accompagnent le plus souvent de facteurs parasites dont l'élimination nécessite des dispositions cotteu- ses. En présence d'influences parasites, provoquées par exemple par l'faction de la température du bain, des projections du convertisseur et de l'air extérieur présent dans les gaz de combustion, la stabilité et la précision de la mesure ne peuvent pas dtre assurées même avec une forte dépense. L'utilisation du principe électromagnétique pour mesurer l'intensité de l'oscillation en vue de surveiller le processus de soufflage est rendue possible par une construction spéciale du capteur. Ce dernier subit une usure mécanique et, en outre, par suite de sa sensibilité aux tenpératures, le seul emplacement pouvant être prévu pour le capteur comme lieu de mesure se situe sur le tourillon du convertisseur.Or, ce point de mesure est soumis à de fortes influences perturbatrices et ne permet, par conséquent, pas d'obtenir des résultats optimaux. Les impulsions rectangulaires produites au niveau de l'amplificateur limiteur doivent, en outre, être contrôlées au moyen d'un oscillographe en ce qui concerne la raideur des flancs et le taux d'impulsions. La relation entre la viscocité du bain et la température, qui détermine également les oscillations du bain, n'est pas traduite, dans le cas des procédés et dispositifs connus, sous la forme d'un affichage direct et continu de la température mais est utilisée seulement en vue d'arriver à des conclusions qualitatives. La présente invention crée un procédé et un dispositif permettant d'afficher la température en continu, en surveillant et en réglant en meme temps le processus de so-ufflage, et d ob- tenir ainsi une valeur nominale appropriée. L'invention a pour objet de déterminer la relation entre le mouvement et la température du bain, provoqués par des -proces- sus et réactions physico-chimiques en mesurant d'une manière techniquement valable l'accélération de l'oscillation communiquée au récipient du convertisseur en fonction du temps. Ce résultat est obtenu suivant l'invention en enregistrant, au cours d'un laps de temps relativeinent prolongé, la relation entre l'acclération de l'oscillation et les propriétés du bain d'acier. La variation de l'accélération d'oscillation (a) en fonction de la température du bain métallique (TM) s'exprime par les fonctions suivantes : (I) TM = K1 a + (II) TM = - K2a+S2. Les paramètres t,2 et S1 2 caractéristiques du processus s'expriment respeotiver:ent en OCs'm et C. Ces relations pour servent de base au procédé de la détermination indirecte et continue de la température. La première fonction citée se caractérise par le fait que l'accélération de l'oscillation et la température évolue dans un même sens, alors que la deuxième fonction exprime l'évolution de ces grandeurs en sens contraire l'une par rapport à l'autre. Pour la lise en oeuvre de ce procédé, on utilise un dispositif qui, en utilisant l'effet piézo-électrique, mesure et visualise l'accélération de l'oscillation du bain metallique. Un capteur d'accélération piézo-électrique comprend, en tant que transducteur électromécanique, un élément piézo-électrique céramique. Sous l'action d'une force, il se produit- aux pâles de cet élément céramique, conformément à l'effet de transducteur connu, une tension qui est proportionnelle à l'accélération suivant la relation Force - Masse x Accélération. Cette tension est menée à un dispositif de mesure d'oscillation qui tient compte des conditions de ce principe de mesure en utilisant un amplificateur de tension dont l'entrée présente une haute valeur ohmique et un dispositif indicateur présentant des possibilités de connexion de dispositifs de filtrage, ainsi qu'un dispositif d'affichage des valeurs effectives. La tension amplifiée de ltenserble du spectre d'oscillation est amenée au dispositif d'afficiiage de valeurs effectives par l'intermédiaire d'un filtre de fréquence passe-bande. La plage de fréquence du filtre passe-bande doit être adaptée aux conditions spécifiques de claque cas d'application particulier, la plage de fréquence du filtre étant choisie de façon qu'il ne se produise pas d'oscillations parasites et que, sur l'enrejis treur de bande compensée ou de niveau raccordé au dispositif indicateur, une courbe caractéristique du processus métallurgique soit affichée de manière optimale. Par l'intermédiaire d'une deuxième sortie du dispositif indicateur, la valeur effective de l'accélération de l'oscilla- tion est amenée à un dispositif calculateur. Sur la base de la relation existant entre l'accélération de l'oscillation et la température du bain et grâce à une conversion des fonctions citées pour déterminer la température, le résultat est affiché directement en degrés Celsius sur un dispositif indicateur. La méthode indirecte de détermination de la température. et le contrôle du processus de soufflage dans le convertisseur permet, déjà au stade de l'affinage, de s'orienter vers une température finale correspondant à la nuance d'acier désirée. Geci perme de renoncer à d'autres mesures de températures effectuées, par exemple à l'aide d'une lance immergée, à la fin du processus de soufflage. L'influence exercée par le procédé de l'invention sur la conduite de la température du processus d'affinage se traduit, entre autres, par une réduction de l'usure du convertisseur et du fond de eelui-ci et produit également des effets sur la qualité des nuances d'acier. n outre, le procédé offre des possibilités pour surveiller les processus de manière objective sur le plan technologique et des conditions permettant une auomatisa- tion et l'utilisation de la technique de calcul de processus. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré aux dessins annexés. La fig. I représente un dispositif pour surveiller le processus de soufflage et déterminer indirectement et en continu la température. La fig. 2 représente une courbe caractéristique relative au controie du processus de sot:fflage. La fig. 3 représente une courbe analogue utilisée pour la détermination continue de la température. Un capteur d'accélération piézo-électrique 2 dont l'élément piézo-électrique est constitué par du titanate ou zircenate de plomb et qui présente un facteur de transmission de 5mV/ms 2, par exemple, est fixé au tourillon porteur, à la bague porteuse ou au récipient du con--ertisseur 1 qui, dans exemple représenté, fait l'objet d'un soufflage à travers le fond. Par l'intermédiaire d'un câble blindé, la tension, proportionnelle à l'accélération de l'oscillation, obtenue par l'effet de transducteur cité, est amenée à un amplificateur de tension 3 présentant une entrée à haute valeur ohmique. Àu moyen d'un filtre passe-bande, qui est associée au dispositif indicateur 5, les oscillations parasites ou perturbations reçues par l'environnement sont éliminées et seule la fraction de fréquence produite par le mouvement du bain reste disponible pour l'affichage. En tant que passe-bande, on utilise par exemple un filtre d'octaves présentant une fréquence moyenne de 250 Hz. Après une amplification ultérieure et un redressement de la valeur effective de la tension mesurée, celle-ci est appliquée sur la sortie du dispositif indicateur 5 et est amenée à l'enre- gistreur de bande compensée 6 et, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension, au dispositif calculateur 7 et au dispositif 8 d'affichage numérique de la température. Àu moment de la transition D de la charge, le dispositif pour la détermination continue de la température est mis en action. La tension mesurée, fonction de l'accélération de l'oscil- lation, est amenée au dispositif calculateur 7 en vue de la conversion de la fonction suivante (III) lM - K. . a + Si ou i = 1,2. i i La mise en relation des paramètres Ki et Si caractéristiques du processus avec l'accélération de l'oscillation a est obtenue au moyen d'un amplificateur opérationnel. La tension obtenue à la sortie de ce dispositif calculateur 7 commande le dispositif 8 d'affichage numérique de la température qui est étalonné, en tant que voltmètre digital, en degrés Celsius. La courbe de la fig. 2, qui représente l'accélération de l'oscillation en fonction du temps de soufflage, est divisée en trois zones séparées les unes des autres par des points caractéristiques. Zone 1 : début du soufflage - transition Zone 2 : transition - maximum de la courbe d'oscillation Zone 3 : maximum de la courbe d'oscillation - fin du soufflage. Dans la zone 1, il se produit l'oxydation des éléments silicium, manganèse et carbone accompagnant le fer, le début de la combustion du carbone étant caractérisé par un minimum B et la vitesse de décarburation maximale par un maximum de l'accélération d'oscillation C. A côté de facteurs tels que la composition et la température du fer brut, c'est en premier lieu la vitesse de décarburation qui est déterminante pour l'allure de la courbe d'oscillation. Plus la vitesse de décarburation croit, plus la quantité de CO/C02 formée augmente pour atteindre un maximum C et diminuer ensuite avec le décroissement de la décarburation. La courbe d'oscillation évolue d'une manière analogue. Au moment de la transition D, c'est-à-dire lors de la combustion complète du carbone, la courbe passe par un minimum, puis s 'élève avec l'accroissement de la déphosphoration, en fonction de la températuré du bain, pour atteindre à nouveau un maximum E et tendre, dans la zone 3, à mesure que le temps de soufflage s'écoule et la température du b.in augmente,- vers un minimum F. La transition D, en tant que point caractéristique de la courbe représentant l'accélération de l'oscillation en fonction du temps, sert de point de départ à la détermination continue de la température. L'addition de produits tels que la chaux, du minerai et la quartzite se traduit par un accroissement brusque de courte durée de l'accélération de l'oscillation aux points G, , I, K. Pour déterminer la température, on utilise les zones 2 et 3 de la fig. 3 qui représente sous forme linéaire l'accélération de l'oscillation en fonction du temps de soufflage. Dans la zone 2,. c'est-à-dire le parcours DE, l'accélération de l'oscillation et la température de l'acier évoluent proportionnellement l'une à l'autre, etest-à-dire qu'il existe la relation (IV) 'l' = K1 a + Au point E, l'accélération de l'oscillation atteint un maximum. A partir de ce point, il est nécessaire d'utiliser une autre fonction qui, contrairement à la zone 2, exprime une évolu tion de l'accélération de l'oscillation et de la température du bain d'acier en sens contraire l'une par rapport à l'autre.La relation existant dans la zone , c' est-à-dire le parcours EF, peut être représentée d'une ânière générale par l'équation suivante (v) TM = - K2 a + La relation représentée so,xs forme linéaire tant en ce qui concerne la zone 2 que la zone 3 satisfait des conditions de précision requises dans la pratique, ce qui n'empêche pas d'utiliser d'autres relations comme, par exemple, des relations quadratiques. Les paramètres utilisés K1 et K2 sont ici des coefficients de régression et S et S2 correspondent aux termes absolus de l'énoncé de régression. Géométriquement parlant, Kt et K2 indiquent l'angle de montée des droites et S1 et S2 représentent des tronçons de coordonnée pour le cas où il nty a pas d'accélération de l'oscillation. Des facteurs essentiels qui font varier systématiquement la relation indiquée, comme par exemple l'usure du convertisseur, peuvent être pris en considération en donnant aux paramètres de régression une forme variable. En pratique, l'opération se déroule de la manière suivante. Pour chaque nuance d'acier, il existe une courbe nominale à laquelle les valeurs effectives visualisées au moyen du dispositif sont comparées, en particulier à partir de la zone 2. L'effet des mesures de correction est quantifié et permet, en cas de non-concordance, d'obtenir rapidenent les valeurs nominales requises. Au point E, sn fait intervenir la fonction relative à la zone 3 afin de chercher à atteindre, à partir de ce point, la température désirée de l'acier. La température finale obtenue à la fin du soufflage correspond à celle effectivement recherchée et satisfait les conditions requises sur le plan pratique. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant de déterminer en continu la température de bains métalliques et de surveiller le processus de soufflage de ceux-ci en cours d'opérations d'affinage, caractérisé en ce que des valeurs d'accélération de l'oscillation mesurées en continu sont enregistrées et affichées et en ce qu'une indication continue de la température est réalisée sur la base de la relation existant entre les propriétés du bain métallique et l'accélération de l'oscillation. 2 - Procédé pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour mesurer l'aecéléra- tion de l'oscillation d'un bain. métallique, il est utilisé un appareillage constitué par un dispositif amplificateur 3, un dispositif de filtrage de fréquence 4, un dispositif indicateur 5 comportant un redresseur, un enregistreur à bande compensée 6, un dispositif calculateur 7 et un indicateur de températures numériques 8, appareillage dont fait partie un capteur d'oscillation piézo-électrique 2 qui est prévu en un endroit, approprié pour la mesure, d'un récipient métallurgique, par exemple le convertiseur 1.