Brevet FR2209845A1 — publié le 19740705

L'invention concerne Òénéralement les convertisseurs à oxygène à soufflage au dessus du bain et plus particulièrement, un procédé de rée,ulation de ceux-ci, dans lequel un capteur est plongé dans le bain d'acier pendant l'opération de soufflage d'oxygène pour mesurer la température et la teneur en carbone du bain d'acier, de sorte que, sur la base des valeurs mesurés, la température et la teneur en carbone du bain d'acier au point final du soufflage d'oxygène sont commandées simultanément. Les procédés connus du type indiqué, visant à commander la température e la teneur en carbone de l'acier fondu au point final dans les convertisseurs à oxygène à soufflage au dessus du bain rentrent dans deux classes générales : (1) ceux où la température ou la teneur en carbone du bain d'acier sont mesurées par un capteur plongé dans le bain d'acier de manière à commander simplement la température ou la teneur en carbone au point final, en fonction de la température ou de la teneur en carbone mesurées, et (2) ceux où la mesure de température s'effectue au moyen d'un capteur plongé dans le bain d'acier et où la teneur en carbone est mesurée au moyen d'un capteur séparé ou d'après une information venant d'ailleurs que du bain d'acier, par exemple d'après l'analyse des gaz résiduaires, de manière à commander simultanément la température et la teneur en carbone du bain d'acier au point final. Un inconvénient des procédés de la première classe est que ce sont en somme des procédés de régulation individuelle, de sorte que l'on commande uniquement, soit la température soit la teneur en carbone au point final. Un inconvenient des procédés de la seconde classe est que, puisqu'on utilise ou bien deux ou plusieurs capteurs ou bien une information provenant de l'analyse des gaz résiduaires, non seulement il faut davan tage d'équipement et de main d'oeuvre mais encore leur utilisation sYlccessive sur un long laps de temps est difficile, en ce qui concerne l'exactitude et l'entretien des instruments. L'un des bises de l'invention est de surmonter la difficulté ci-dessus. Le procdé selon l'invention est donc un procédé de régulation simultanée de la température et de la teneur en carbone de l'acier fondu au point final, dans les convertisseurs à oxygène à soufflage au dessus du bain. L'essence de l'invention est la suivante. Le capteur utilisé dans l'invention est du type mis au point par les inventeurs et faisant l'objet dune demande de brevet au Japon, c1est- à- dire un capteur qui est capable de mesurer-simultanément la température et la teneur en carbone de l'acier fondu et qui- comprend un thermocouple de mesure de température desolidification protégé par un tube de silice et prévu dans un récipient d'échantillonnage fixé à une lance de mesure et un thermocouple de mesure de température de 1' acier fondu, monté à ltextérieur du fond du récipient d'échantillonnage. Le capteur est conçu pour assurer une protection satisfaisante des fils conducteurs de compensation. Selon l'invention, la succession d'opérations dans un convertisseur à oxygène à soufflage au dessus du bain est par exemple la suivante :(a)la préparation des matières premières nécessaires à une charge donnée s'effectue de façon telle que la température de l'acier fondu au point final soit légèr.ement supérieure à une température de consigne au point final ; (b) une fois que le soufflage à commencé, on calcul? la quantité d'oxygène et elle est indiquée conformément à un modèle statique de façon que la teneur en carbone de l'acier fondu soit une valeur prédéterminée comprise entre 0,50 et 1,00 C,j, selon la teneur en carbone désirée de l'acier à fabriquer (par exemple 0,50% pour les aciers à teneur faible et intermédiaire en carbone) ; (c) quand le soufflage de cette quantité d'oxygène est achevé, on introduit une lance de mesure dans l'acier fondu de sorte que la température du bain d'acier et la température de liquidus sont mesurées simultanément par un capteur et que la température du bain d'acier et la teneur en carbone de celui-ci sont lues par un programme automatique de lecture ; (d) et immédiatement après la mesure, .on calcule un facteur de chauffage prévu et des paramètres de décarburation pour déterminer la quantité d'oxygène nécessaire pour que la température au point final arrive à la température de consigne au point final lorsqu'on poursuit l'opération de soufflage dans les-conditions qui existent au moment de la me sure (c'est-à-dire la quantité d'oxygène soufflée pour élever la température à un niveau estimé après la mesure), puis on calcule une teneur calculée en carbone au point final, d'après la quantité d'oxygène ainsi calculée et les paramètres de décarburation. A ce moment, on juge si, à la fin du soufflage de cette quantité calculée d'oxygène soufflée après la mesure,(I) la teneur calculée en carbone au point final rentre dans la marge permise de teneur en carbone, selon l'acier désiré (c'est-àdire type a de la figure 1), (II) la teneur calculée.en carbone au point final est prévue excessive (c'est-à-dire type b de la figure 1, où l'introduction d'un réfrigérant est nécessaire) et (III) la teneur calculée en carbone au point final est prévue insuffisante (c'est-à-dire- c de la figure 1, où un soufflage doux est nécessaire) et on effectue la commande correspondant au type jugé. Selon l'invention, le facteur de chauffage A (t. C/Nm3 d'oxygène) est défini par la relation WT. #T A = # Q dans laquelle : A Q est la quantité d'oxygène soufflée pour élever la tempéra- ture jusqu'à un niveau estimé après la mesure (Nm3), WT le poids de la charge totale (tonnes), AT l'élévation de température après la mesure ( C) et on obtient le facteur de chauffage prévu, d'après l'équation suivante et on calcule la température de consigne au point final d'après cette é-quation : : A' = #(EO, EB, EEA, EL, #WC, #WFe).........(I) A' est le facteur de chauffage prévu (t.tC/Nm3 d'oxygène) EO la quantité de chaleur que possède la charge initiale (kcal) EB la quantité de chaleur que possède la charge au moment de la mesure (kcal) EEA la quantité de chaleur de consigne de la charge au point final (kcal) EL la perte de calories entre la mesure et le point final (koal) # WC le degré de décarburation (t) # WFe la quantité de fer fondu oxydé (t). Ainsi, on calcule la quantité d'oxygène soufflée pour élever la température jusqu'à un niveau estimé, après la mesure, d'a près l'équation : WT. #T # Q = ......(2) A' Si l'on suppose qu'il existe entre le taux de décarburation et la teneur en carbone la relation indiquée par la figure 3, le taux de décarburation est donnée par l'équation C d(WST 100 C-CO dQ Cp )J (3) dans laquelle v est le taux de décarburation (kg C/Nm3 d'oxygène) WST le poids d'acier fondu (kg) Q la quantité globale d'oxygène (Nm3) C la teneur en carbone (%) V le taux de décarburation pendant la période de décarburation maximale (kgG/Nm3 d'oxygène) Cp le paramètre de la courbe (%) CO la teneur en carbone à la décarburation critique (). On appellera V, Cp et CO les paramètres de décarburation. En outre, si l'on appelle CB la teneur en carbone au moment de la mesure (%) CEA la teneur de consigne en carbone au point final ( z) on tire de l'équation (3) l'équation ....(3bis) On a donc CEB étant a teneur calculée en carbone (,.) au point final. Parmi les paramètres d décarburation, CO est une constante déterminée par les résultats réels d'opérations précédentes et V et Cp peuvent être déterminés expérimentalement en fonction des conditions d'affinage. Donc, si lton mesure la teneur en carbone CQ pendant le soufflae, on peut calculer la teneur caI- culée en carbone bC au point final. On détermine l'action de commande en fonction de la différence entre la teneur calculée en carbone au point final et une teneur en carbone de consigne fixée. Selon l'-invention, on prépare les matières premières nécessaires de façon que la température de l'acier fondu au point final devienne légèrement supérieure à la température de consigne au point final car, quand les résultats de la mesure par le capteur indiquent le type à soufflage doux, le temps entre la mesure :;ar le capteur et le point final est de 2 à 3 minutes,?t lonc les effets du soufflage doux sont naturellement limités. Pour cette raison, la température du bain est maintenue légèrement plus élevée dès le début du soufflage et on prépare les matières premières de manière à obtenir, au point final, une température légèrement supérieure à la température de consigne au point final de sorte que l'on obtient la température et la teneur en carbone appropriées au point final, même quand on utilise le soufflage doux.En outre, on mesure la température et la teneur en carbone du bain d'acier à l'achèvement du soufflage de la quantité d'oxygène nécessaire pour obtenir une teneur prédéterminée en carbone du bain d'acier selon la teneur-désirée en carbone de l'acier à fabriquer, parce que premièrement l'élévation de température du bain d'acier varice même pour la même quantité d'oxygène soufflée si la composition du bain d'acier au moment de la mesure n'est pas constante, de sorte que l'exactitude avec laquelle la température au point final est atteinte devient mois bonne si les mesures ne sont pas effectuées quand la composition du bain d'acier est pratiquement la meAme, et deuxièmement, il faut 2 à 3 minutes pour une action efficace de la lance dans le cas du type à soufflage doux.En outre, le réfrigérant utilisé dans la régulation de l'invention peut -être du type ordinaire (par exemple la ferraille). Les figures la, lb et lc montrent trois allures diffé rentes -de régulation, classées selon la température et la teneur en carbone du bain d'acier au point final. Les symboles de la figure 1 désignent ce qui suit O Q la quantité d'oxygène soufflée pour élever la température jusqutà un niveau estimé après la mesure QE la quantité d'oxygène à souffler au point final TB la température au moment de la mesure CB la teneur en carbone au moment de la mesure TEA la température de consigne CEA la teneur en carbone de consigne La figure 2 est un diagramme de temps d'un exemple de système de régulation servant à la pratique du procédé nouveau de- l'invention. Les références de la figure 2 indiquent ce qui suit 1 l'interruption de température du fer fondu 2 le calcul de bila thermique 3 l'indicat.ion des r.!latières premières 4 l'interruption de 8 minutes après démarrage du soufflage 5 le contrôle des données 6 l'indication d'erreur de données 7 le calcul de la quantité d'oxygène pour l'immersion des capteurs 8 l'indication de quantité d'oxygène 9 l-'interruption de température de l'acier fondu 10 l'interruption de température de liquidus 11 le calcul de teneur en carbone par courbe d'étalonnage 12 l'indication de la température et de la teneur en carbone mesurées 13 le calcul du facteur de chauffage et des paramètres de dé carburation 14 le jugement du type a, b ou c 15 le calcul de la quantité d'oxygène, de la quantité de réfri gérant et de l'allure de soufflage doux au point final lo l'indlcåtlon de la quantité d'oxygène, de ]a quantité de réfrigérant et de l'allure de soufflage doux au point final 17 l'interruption tous les 40 Nm3 18-le calcul de l'élévation de température et de la décarbu ration 19 l'indication de la température et de la teneur en carbone calculées 20 l'interruption de température au point final 21 le calcul de nivellement d'écarts de facteur de chauffage 22 l'interruption de teneur en carbone au point final 23 le calcul de nivellement d'écarts de paramètres de décar buration. Note 1 : la température de l'acier fondu et la température de liquidus au moment de la mesure sont lues automatiquement par un programme de lecture. Note 2 : les valeurs de nivellement d'écarts du facteur de chauffage et des paramètres de décarburation peuvent être réglées etou affichées. La figure 3 est un graphique indiquant la relation entre le taux de décarburation et la teneur en carbone les figures 4a et 4b indiquent respectivement, en fonction du nombre de charges, l'exactitude de la température et l'exactitude de la teneur en carbone dans le fonctionnement successif d'un convertisseur selon le procédé de l'invention. On prati.que l'invention au moyen du système de commande de la figure 2 qui assure une régulation très exacte de a température et de la teneur en carbone de l'acier fondu au point final. L'exemple suivant décrit plus en détail l'application du procédé nouveau de l'invention. Dans un convertisseur, on introduit initialement 82,8 t de fonte fondue et 18,7 t de ferraille et la température de la fonte à ce moment est de 12800C. Etant donné que l'acier désiré est un acier intermédiaire au carbone, on souffle une quantité globale d r oxygène de 4060 Nm3 calculée conformément à un modèle statique et on mesure au moyen d'un capteur la température et la teneur en carbone du bain d'acier à ce moment. La température du bain et la teneur en carbone, ainsi mesurées, sont respectivement de 15840C et de 0,46. On traite ces valeurs dans le système de régulation de la figure 2, conformement aux équations données plus haut et on effectue les actions de commande nécessaires. Dans ce fonctionnement, la quantité de réfrigérant (ferraille) introduite est de 320 kg, la quantité d'oxygène soufflée après la mesure est de 660 Nm3 (la quantité globale d'oxygène soufflée jusqu'au point final est de 4720 Nm3), la température au point final est de 16510C et la teneur en carbone au point final de 0-,09 %. Dans cet exemple, la température de consigne et la teneur en carbone de consigne au point final sont respectivement de 1660 C et de 0,10 % et la température aussi bien que la teneur en carbone atteignent à peu près les valeurs de consigne. Les figures 4a et 4b indiquent à titre d'exemple les résultats obtenus lorsqu'on applique successivement la régulation simultanée (température et teneur en carbone)selon l'invention à la fabrication d'un certain nombre de charges. Le tableau 1 indique l'exactitude de la régulation. Tableau 1 Température Teneur en Simultanément carbone x 0,4 C 0,001 % 8,50C 0;017 approximation 81 % 73 % 63 % Notes : 1) pour la température, une exactitude de + 100C est considérée comme une bonne approximation. 2) Pour la teneur en carbone, une exactitude de + 0,02 % est considérée comme une bonne approximation. 3) L'indication "simultanément" désigne le cas où la température et la teneur en carbone atteignent toutes deux les valeurs de consigne pour la même charge. 4) La marge de température au point final est de 1600 à 16900C. 5) La marge de teneur en carbone au point final est de 0,08 à 0,18 %. 6) x est la.valeur moyenne de ltexactitude 7) # est l'écart moyen. Grâce à la plus grande exactitude de l'action de régu lation, indicuée plus @@ut, @n obtient les avantages remarquables suivants : 1) @tant donné une la t@@eu@ en cartone du bain d'@@ier peut être réglée à l@ vo@eur voulue, l@ teneur en oxygène de l'acier ne risque pas de devenir anormalement élevée et les inclusions non métalliques sont diminuées ; en outre, un rendement constant d'alliages de fer est assuré. 2) Grâce à la régulation simultanée de la température du bain d'acier ctt de la teneur en carbone, O obtient une diminution du sursoufflage et une diminution de T1 addition de réfrigérant après le point final, ce qui entraÎne une amélioration de l'efficacité et de la productivité de la fabrication d'acier. Sur les deux parties de la figure 4, figure en abscisses le nombre de charges successives. Sur la partie supérieure (a) de la figure 4, on a représenté en ordonnées l'exactitude (ou précision) de la température, exprimée en OC. Sur la partie inférieure (b) de la figure 4, on a représenté en ordonnées 11 exactitude (précision) de la teneur en carbone ; cette grandeur est exprimée sur l'échelle en parties pour 10000 (en centimètres de %). Sur la partie (a) de la figure 4, les flèches indiquent l'addition d'une charge de refroidissement, les nombres surmontant les flèches indiquant la valeur en kilogrammes de la charge ajoutée. Sur les deux parties (a) et (b) de la figure, les ronds correspondent aux cas où l'ajustement a été considéré comme satisfaisant (ni adjonction de charge réfrigérante, ni soufflage doux ne sont nécessaires), les triangles correspondent aux cas où une addition de charge est jugée, nécessaire, et les carrés au cas où un soufflage doux est jugé nécessaire. 2EVNDICTI ONS 1. Procédé de régulation de la température et de la teneur en carbone d'un bain d'acier fondu au point final dans un convertisseur à oxygène à soufflage au dessus du bain, caractérisé par le fait que l'on prépare les matières premières de façon telle que la température d'un bain d'acier fondu au point final atteigne un niveau pluS élevé qu'une température de consigne au point final, que l'on mesure simultanément la température et la teneur en carbone de l'acier fondu au moyen d'un seul capteur à l'achèvement du soufflage de la quantité d'oxygène calculée pour atteindre une teneur prédéterminée du bain en carbone, selon la teneur en carbone désirée d'un acier à fabriquer, que l'on calcule un facteur de chauffage prévu et des paramètres de décarburation d'après la température et la teneur en carbone mesurées, que l'on tire du facteur de chauffage prévu la quantité d'oxygène soufflée pour élever la température à un niveau estimé après la mesure, que l'on calcule une teneur calculée en carbone au point final, d'après cette quantité d'oxygène après la mesure et ces paramètres de décarburation, et que l'on calcule la quantité d'oXygène à souffler au point final et la quantité de réfrigérant nécessaire ou l'allure de soufflage doux nécessaire en fonction de la différence entre la teneur calculée en carbone au point final et la teneur en carbone de consigne .au point final, de manière à commander simultanément la température et la teneur en carbone de 1'acier fondu au point final. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on choisit le moment d'utilisation du capteur de façon qu'il soit utilisé lorsque l'oxygène a été soufflé dans une mesure telle que la teneur en carbone du bain d'acier atteigne une valeur prédéterminée comprise entre 0,50 et 1,00C,ç, selon la teneur en carbone désirée de l'acier à fabriquer. 3..Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est capable de mesurer simultanément la température et la teneur en carbone du bain d'acier fondu. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on tire le facteur de chauffage prévu de l'équa- tion : dans laquelle A' est la facteur de chauffage prévu (t. C/Nm3 d' d'oxygène) EO la quantité de chaleur que possède la charge initiale (kcal) EB la quantité de chaleur que possède la charge au moment de la mesure (kcal), EEA la quantité de chaleur de consigne de la. charge au point final (kcal) EL la perte de calories entre la mesure et le point-final (kcal) le le degré de décarburation (t) # WFe la quantité -de fer fondu oxydé (t). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour obtenir la quantité d'oxygène soufflée pour élever la température à un niveau estimé, après la mesure, de façon que la température au point final atteigne la température de consigne au point final, on utilise l'équation WT. #t #Q = ....................(2) A' dans laquelle : # Q est la quantité d'oxygène soufflée pour-élever la température jusqu'à un niveau estimé après la mesure (Nm3), WT le poids de la charge totale (tonnes), # T l'élévation de température après la mesure ( C). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on tire le taux de décarburation de l'équation dans laquelle v est le taux de décarburation (kg C/Nm3 d'oxygène) WST le poids d'acier fondu (kg) Q la quantité globale d'oxygène (Nm3) C la teneur en carbone (Ss) V le taux de décarburation pendant la période de décarburation maximale (kg C/Nm3 d'oxygène) Cp le paramètre de la courbe (%) CO la teneur en carbone à la décarburation critique (%). Les trois dernières grandeurs étant appelés paramètres de dé carburation. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on obtient la teneur calculée en carbone au point final d'après l'équation : -G-0 100V. Q CB 5 \ 1COV.h Q ln SEC = cO+cl- ln L 7+zip texp f r )-l 5bexp t - WST. q Cp i dans laquelle CEC est la teneur calculée én carbone au point final (/L) et les paramètres de décarburation CO, Cp et V ont la signification indiquée à la revendication 6, # Q a la signification indiquée à la revendication 5 et GB est la teneur en carbone au moment de la mesure (h).