Brevet FR2230732A1 — publié le 19741220

L'inven > -on se rap orte à un trocéd ae surveillance et de réglage d-l moussage du laitier au cours des processus d'affinage de l'acier dans aes récipients métallurgiques et, en particulier, dans des convertisseurs à soufflage d'oxygène par le haut en modifiant, soit l'écart entre la tuyère de soufflage et le niveau supérieur du bain métallique, soit le courant d'arrivée de l'oxygène soufflé, soit encore le dosage des fondants, individuellement ou en combinant ces possibilités d'une maniere ouelconcue, en utilisant les valeurs obtenues par l'analyse continue des gaz d'évacuation et, le cas échéant, le flux de ces gaz d'évacuation. On sait qui au cours de tels processus un moussage important du laitier procure toute une série d'avantages. On cherche donc à réaliser cette situation le plus tôt possible. Le réglage d'une hauteur constante du laitier et, en particulier, la modération du moussage au début du processus sont toutefois liés à de sérieuses difficultés. Les méthodes utilisées jusqu'à présent pour la surveillance de la formation du laitier par les procédés de soufflage d'oxygène par le haut sont basées en général, soit sur la mesure du bruit de la soufflerie, soit sur la mesure du bruit solidien du convertisseur (Revue Stahl und Eisen 90, 1970 - pages 789 à 7 5) soit encore sur la mesure de la conductivité électrique de l'atmosphère gazeuse entre le bain métallique et une sonde dotée d'une isolation électrique brevet Allemand 1 290 557). les deux méthodes exigent, tout particulièrement si l'on fait appel à la commande automatique du déroulement du processus, des dépenses d'installation et d'entretien supplémentaires. Par ailleurs, les résultats obtenus par les mesures acoustiques sont souvent faussés par l'influence de bruits parasites et la mesure de la conductivité, qui est également utilisée pour la définition d'autres valeurs, ne fournit bien souvent que des résultats imprécis quant à lahauteur du laitier. D'autre part, il est également d'usage, pour le réglage du processus métallurgique, de faire appel aux valeurs obtenues par l'analyse continue des gaz d'évacuation et du flux de ces gaz et de les appliquer à la commande automatique qui réagit en fonction des valeurs de réglage déterminées par la modification de l'écart entre la tuyère de soufflage et le niveau supérieur du bain mé- tallique, la nodification du courant de l'oxygne soufflé et le dosage des fondants (conduite dynamique du processus). 1 incombe à l'invention de créer un procédé de surveillance et de réglage du moussage du laitier au cours des processus d'affinage de l'acier dans des récipients métallurgiques et en particulier dans des convertisseurs à soufflage d'oxygène par le haut, procédé qui, par rapPort aux procédés connus, est caractérisé par une plus grande simplicité, une plus grande sécurité de fonctionnement et particulièrement par un système de commande automatique. L'invention consiste à calculer une valeur caractéristique pour le dégagement de la poussière d'oxyde de fer et à l' utiliser ensuite pour la commande ou le réglage. Le procédé défini par l'invention favorise ure conduite optimale du processus métallurgique et se caractérise par une grande faculté d'adaptation et une grande diversité, ce qui fait que les procédés les plus divers, déterminés par cas d'espèces, peuvent être réalisés. I1 est particulièrement avantageux d'utiliser, en tant que valeur caractéristique, une valeur 0,5 CO + C02 + 2 - 0,5 H2 - 0,269 N2 VOC = CO + CO2 ou alors une valeur dérivée de cette équation. CO, CO2, O2, H2 et N2 sont des pourcentages volumétriques des concentrations obtenues par l'analyse du produit résultant de la combustion pos- trieure du gaz d'évacuation. On ne tiendra compte de l'hydrogène contenu dans les gaz d'évacuation que lorsque de grandes quanti- tés de vapeur se mélangent aux gaz d'évacuation réactifs à haute température, par exemple en cas d'utilisation des barrages de vapeur.Dans la majeure partie des cas, on utilisera alors la va- leur caractéristique : VOC = X5 CO + 002 + 02 - 0,269 N2 CO + C02 La valeur représente le rapport volumétrique entre l'oxygène lié au carbone et le mélange gazeux CO/CO2. I1 a été constaté que cette valeur était ure mesure ae l'oxyde de fer contenu dans les gaz d'évacuation, qui pouvait en tan que telle être utilisée comme valeur caractéristique pour la détermination ae la hauteur du laitier tans les convertisseurs On a déterminé les relations ci-après :: lorsque le gaz d'évacuation ne content cue du CO, la valeur de VOC devrait être = 0,5 et égale à 1, lorsque le gaz d'évacuation ne contient que du 002 En cas de post-combustion des gaz d'évacuation, les valeurs de VOC devr2ient pratiquement s'articuler entre 0,55 et 0,6 du fait qu'il est établi que le rapport CO/(CO + CO2) se situe entre 0,8 et 0,9. On a constaté toutefois que par moments la valeur de VOC est largement inférieure à 0,55. Dans les premières minutes du soufflage, on trouve même des valeurs pouvant tomber jusqu' à 0,2. Ceci trouve sa justification dans le fait qu'une partie de l'oxygène échappe aux analyseurs. I1 s'agit essentiellement de l'oxygène qui se lie aux poussières de fer évacuées et qui est retenu dans les filtres avant le pré- lèvement de l'échantillon. Si l'on tient compte de ce volume d'oxygène, l'équation du rapport volumétrique entre l'oxygène lié au carbone et le mélange CO/C02 des gaz d'évacuation s'énonce comme suit : 0,@ @@ + @@2 + @2 - 0,209 N2 MFe poussière VOC' = + (CO + CO2) k. (CO + CO2). MFe poussière étant la masse du ter contenue dans la poussière par unité de temps, V le ilux des gaz d'évacuation et k une constante de proportionnalité. L'équation peut également s'énoncer comme suit : VOC' = VOC + MFe Poussière k. (CO + Cette équation montre que 12 différence entre '(OC' et VOC est proportionnelle à la charge ae fer vaporisé contenue des le gaz du convertisseur. Le flux massique de la poussière d'oxyde de fer peut aussi être utilisé en tant que valeur caractéristique pour la commande ou le réglage. L'équation correspondante pourrait alors par exem tle s'énoncer comme suit : M Fe poussière = # VOC.V. (CO + CO2). k où # VOC est égal à la différence entre la valeur théorique de VOC' et la valeur réelle mesurée de VOC. Au volume important recherché du laitier correspond une valeur théorique de VOC' particulièrement élevée qui, d'après les inaications ci-dessus, se situe entre 0,55 et 0,6.La valeur ae la constante de proportionnalité k est en grande partie fonction de l'installation et se situe en général entre 9,5 et 10 En utilisant cette valeur caractéristique, il y a lieu en général, comme on peut le voir dans l'équation, de déterminer le flux des gaz d'évacuation. On pourrait surseoir à cette détermination si V@était plus ou oins constant. Dans l'équation précitée, l'expression (CO + CC2) peut aussi être remplacée par la valeur de la vitesse de décarburation du fait que celle-ci est déterminée de toute manière pour de nombreux procédés d'affinage. Bien entendu, dans ce cas, la constante de proportionnalité k doit être modifiée en conséquence. Dans le dessin, les figures 1 et 2 présentent chacune, en tant qu'exemple d'application, deux courbes qui reflètent les valeurs recueillies au cours de deux essais comparatifs. Dans les deux cas, il s'agit de la production de coulées d'acier soufflées dans un convertisseur de 110 t. Dans chacune des deux figures la courbe À représente les valeurs mesurées de VOC et la courbe B les valeurs comparatives mesures de l'intensité acoustique. la figure 1 reflète l'essai au cours duquel du fer brut pauvre en phosphore a été transformé en acier par soufflage. La mesure du bruit représentée dans la courbe B fait apparaître, dans les premières 4 à 5 minutes du soufflage la valeur constante de 100% étant donné que, du fait qu'il n'y a pas encore formation de ponce de laitier à ce moment, le niveau sonore se situe su delà de la limite du secteur de mesure supérieur (100). les valeurs de VOC (courbe A) qui montrent, partant d'une valeur faible au départ, une tendance évolutive caractérise, reflètent la forration de la once de laitier et atteignent au cours de la cas trie minute une valeur de 0,57. Avant d'attéindre cette valeur, on peut d'ores et déjà réagir sur le système de régulation. la courbe 3 par contre ne révèle la présence de la Donce de laitier par son afaiblissement brusque qu'au cours de la cinquième rni- nute. La suite au tracé des deux courbes renseigne sur un ous- sage approximativement régulier du laitier jusqu'à vers la neuvième minute (Valeur de l'intensité acoustique = 10 à 12% ; valeur de VOO = approximativement 0,57) avant de décliner légèrement d'abord pour ensuite, à partir de la quatorzième minute, s'affaisser rapidement.Aux environs de la quinzième minute, le laitier atteint un point bas avant d'évoluer a nouveau vers la dix-septième minute. le faiblissetent du moussage apparaît également avec un certain retard dans la courbe B par rapport à la courbe A. La figure 1 laisse apparattre toutefois que les tendances des deux courbes à réactions contraires correspondent amplement entre elles et que les valeurs de VOC expriment la variation de la hauteur de la ponce de laitier, au moins aussi bien que les mesures de l'intensité sonore. Au cours du processus spécifique de cette charge, la tuyère de soufflage n'a été déplacée qu'une seule fois, vers la fin de la cinquième minute, de la position supérieure vers la position inférieure dans laquelle elle a été maintenue pendant tout le temps qu'a duré le soufflage La figure 2 présente les valeurs relevées au cours du processus de transformation par soufflage d'une charge de fer brut, riche en phosphore, en acier.L'évolution de chacune des deux courbes confirme, dans les grandes lignes, les renseignements fournis par la figure 1. le comportement irrégulier des courbes et particulièrement celui de la courbe B', avec des maxima et des minima nettement caractérisés, est provoqué par de nombreux relèvements et abaissements de la tuyère de soufflage nécessaire au réglage du moussage du laitier.Les maxima très prononcés de la courbe de l'intensité sonore B sont en majeure partie provo qué# par le fait qu'au cours des mesures, en vue de la détermination de la hauteur du laitier, on enregistre la différence entre l'extrémité de la sonde et le niveau du laitier, ce qui imprime une allure ascendante à la courbe de l'intensité soncre B' provoquée tant par l'abaissement du niveau du laitier que sr le relèvement de la tuyère de soufflage. lorsque le moussage du laitier ooit être rgl manuellement, le réglage se fait sur le vu d'une courbe de comportement de VOC, tracée par un enregistreur à action continue. Dans le cas ou l'on fait appel à la surveillance avantageuse vers laquelle on aspire du moussage du laitier, au travers d'une installation de réglage automatique, celle-ci nécessite au oins une valeur théorique précise de VOC. À cet effet, cette valeur est déterminée de manière empirique à partir des coulées enté- rieures. Toutefois elle peut également être calculée et adaptée en particulier à certaines exigences du domaine métallurgique Si par exemple, une coulée ne doit comporter Q'un moussage faible du laitier, on y veillera facilement en entrant dans ''ins- tallation de réglage une valeur théorique sensiblement inférieure à la valeur limite de VOC, donc inférieure à 0,55.On peut également entrer en ordinateur une fonction de la valeur théorique variant avec le temps de soufflage par le haut. Pour le réglage du moussage respectivement de la hauteur de la ponce de laitier, on fait appel aux valeurs de réglage connues au travers du système appelé commande dynamique de processus. De préférence on agit de manière telle que le soufflage par le haut soit amorcé en respectant un grand écart entre la tuyère de soufflage et le niveau supérieur.du bain métallique et qu'ensuite on abaisse la tuyère petit à petit de manière à ce que la courbe VOC se rapproche de la valeur théorique. Les nrojections de laitier, particulièrement courantes à ce premier stade de l'affinage, sont ainsi évitées. En même temps on favorise une dissolution rapide de la chaux ainsi que la formation d'un laitier réactif. Dans la suite du processus, il y a lieu de veiller, au moins pendant tout le temps que VOC correspond à sa valeur théorique, à ce que la tuyère de soufflage reste maintenue dans sa position la plus basse. Si VOC devait dépasser la valeur théorique, on peut séduire le flux de soufflage de l'oxygène pour viter les projections. or rendre la commande antagoniste plus efficace il y a lieu, le cas échéant, d'ajouter les fondants traditionnels pour faciliter la formation de la ponce de laitier, ou les pro- duits refroidissants en vue de freiner le moussage. le procédé, défini par la présente invention, peut également être utilisé dans le cadre d'autres procédés connus e vue du réglage automatique du processus de soufflage d'oxygène par le haut, ou encore dans le but d'améliorer ces procédés dont, en particulier, le procédé dit de commande automatique de processus. Pour ces procédés, la valeur de VOC peut en général être détermi- née à l'aide des appareils de mesure courants et être utilisée comme signal de contrôle du moussage du laitier. REVENDICATIONS 1.- Procéd de surveillance et de réglage du moussage du laitier au cours des processus d'affinage de acier dans des rci- pients métallurgiques et, en particulier, dans des convertisseurs à sous filage d'oxygène par le haut, en modifiant ou l'écart entre la tuyère de soufflage et le niveau supérieur du bain métallique, ou le courant d'arrivée de l'oxygène soufflé, ou encore le dosage des fondants, soit individuellement, soit en combinant ces possibilités d'une manière quelconque en utilisant les valeurs obtenues par l'analyse continue des gaz d'évacuation et, le cas échéant, le flux d'évacuation de ces gaz, caractérisé par le fait qu'une valeur caractéristique concernant la formation des poussi- ères d'oxyde de fer est déterminée dans le gaz d'évacuation et utilisée pour ls commande ou le réglage. 2.- Procédé d'après la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme valeur caractéristique la valeur de VOC = 0,5 CO + CO2 + 2 ~ 0,5 H2 - 0,269 N2 CO + CO2 ou alors une valeur dérivée de cette équation. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le flux massique de la poussière d'oxyde de fer est utilisé comme valeur caractéristique. 4.-procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un calculateur électronique peut être chargé de la commande et du réglage. 5.- procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caracté- risé par le fait que pour le flux massique de la poussière- d'oxyde de fer on peut utiliser la valeur MFe poussière = # VOC.V.(CO + CO2).k ou une valeur drivée de cette équation où # VOC est égale à la différence entre la valeur théorique et la valeur réelle de VCC, ouVcorrespond au flux du gaz d'évacuation et où k représente une constante.