Brevet FR2203975A1 — publié le 19740517

La présente invention concerne un procédé et un appareil de détermination de la température du métal en fusion pendant une injection d'oxygène dans un four de fabrication d'acier souf flé à l'oxygène et de détection de la température jusqutà la fin du soufflage. I1 a été proposé divers dispositifs de mesure de la température d'un métal en fusion, ces dispositifs comportant un thermocouple, par exemple de platine-rhodium et de platine, enfermé dans une gaine tubulaire en un matériau réfractaire résistant aux hautes températures fermée à une extrémité. Ces dispositifs sont utilisés en particulier pour mesurer continuellement la température dans des fours d'affinage dans lesquels l'allure de la température donne des renseignements concernant le progrès de l'affinage. I1 a été proposé de placer des pyromètres à immersion de ce type latéralement à travers l'enveloppe du four et le garnissage dans le bain de métal en fusion; la jonction chaude du thermocouple étant en alignement avec le garnissage du four ou faisant saillie à l'intérieur de ce dernier.Toutefois, il a été difficile d'effectuer des mesures continues car la précision d'affichage n'a pas toujours été satisfaisante à cause de l'influence de la température du garnissage du four ; en outre, les thermocouples faisant saillie à l'intérieur du four sont facilement endommagés pendant le chargement. I1 est également connu d'utiliser des instruments de mesure de la température qui sont abaissés dans le bain de métal en fusion et qui comportent un thermocouple enfermé dans une gaine tubulaire en un matériau réfractaire résistant aux hautes températures, ladite gaine tubulaire formant itextrémité d'une lance refroidie par eau qui peut être abaissée. Entant donné que ltins- trument doit traverser la couche de laitier flottant sur le bain, lorsque l'instrument de mesure est introduit en l'abaissant de haut en bas, la partie de l'instrument entrant en contact avec le laitier doit être particulièrement résistante car le laitier est beaucoup plus corrosif que le bain de métal. Tous ces appareils posent de graves problèmes du point de vue technique et entretien. La présente invention a pour objet de supprimer la présence de sondes dans le milieu plus rigoureux du récipient proprement dit. Selon la présente invention, un appareil de détermination de la température d'une charge fondue dans un procédé de fabrication de l'acier impliquant une injection d'oxygène comporte un dispositif destiné à détecter le poids du contenu du récipient dans lequel la charge en fusion doit être traitée, un dispositif pour enregistrer la vitesse de variation du poids du contenu du récipient pour permettre de déterminer l'instant où le processus passe de la décarburation primaire à la décarburation secondaire, et un dispositif de calibrage mettant en corrélation la vitesse de variation du poids, le temps et la température de la charge en fusion, de manière à pouvoir déterminer la température de la charge en fusion à cet instant et pendant le reste du temps nécessaire pour obtenir le degré voulu de décarburation. Le dispositif destiné à détecter le poids du contenu du récipient comporte de préférence plusieurs dynamomètres qui peuvent être incorporés dans des chaises supportant le récipient. tes dynamomètres peuvent être agencés de manière à émettre un signal électrique qui est utilisé pour produire ltenregistre- ment de la vitesse de variation du poids. De préférence, chaque dynamomètre comporte une billette d'acier à laquelle est fixée une jauge de contrainte, les dites jauges étant reliées dans un circuit électrique en pont agencé pour produire un signal électrique indiquant le poids du contenu du récipient. te signal électrique provenant du circuit en pont peut être ensuite appliqué à un circuit différentiateur pour obtenir un signal indiquant la vitesse de variation du poids qui est utilisé pour actionner le dispositif d'enregistrement. L'invention concerne également un procédé de détermination de la température d'une charge en fusion dans un procédé de fabrication d'acier impliquant une injection d'oxygène. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un four ou convertisseur selon l'invention la figure 2 représente un enregistrement de la variation du poids et un enregistrement correspondant de la vitesse de variation du poids pendant le processus d'affinage de l'acier soufflé à l'oxygène mis en oeuvre dans le convertisseur repre- senté sur la figure 1 la figure 3 est une courbe théorique de la vitesse de variation du poids de l'enregistrement représenté sur la figure 2 ; et la figure 4 est une courbe montrant la température de la charge fondue en fonction du temps pendant le processus de fabrication de l'acier. En se référant tout d'abord à la figure 1, le four ou convertisseur comprend un récipient 1 avec garnissage réfractaire ayant une ouverture 2 au sommet par laquelle le métal en fusion provenant d'un haut fourneau peut être introduit et par laquelle il est possible d'ajouter des déchets de fer ou d'acier à la charge en fusion. te récipient 1 comporte deux tourillons 3 dont chacun est supporté par un palier 4 pour permettre de faire basculer le récipient 1 afin de décharger le métal fondu. Chaque palier de tourillon est supporté par une chaise 5 comportant huit dynamomètres 6 destinés à détecter le poids du récipient 1. Chaque dynamomètre 6 comporte une billette d'acier à laquelle est fixée une jauge de contrainte sensible à une force de traction ou de compression exercée par le poids du récipient 1. Une lance 7 se prolongeant à travers l'ouverture 2 du sommet du récipient est destinée à injecter de oxygène dans la charge en fusion. tes jauges de contrainte des dynamomètres 6 sont reliées ensemble pour former un circuit en pont de Wheatstone (non représenté) auquel deux amplificateurs 8 et 9 appliquent une tension. Lorsqu'une charge est appliquée aux dynamomètres 6, un signal de sortie directement proportionnel à la charge appliquée est produit par le pont de Wheatstone et est transmis aux amplificateurs 8 et 9. Los signaux de sortie produits par les amplifi cateurs 8 et 9 sont additionnés dans un amplificateur de sommation 10 dont le signal de sortie est appliqué à un appareil de tarage automatique 11 émettant un signal de sortie de O à + 5 volts en courant continu qui représente un poids de O à + 200 tonnes. te signal de sortie de l'appareil 11 est appliqué à une entrée différentielle d'un amplificateur 12 de modification de ltéchel- le des nombres émettant un signal de sortie de O à + 5 volts en courant continu, qui représente un poids de O à + 60 tonnes. te signal de sortie de l'amplificateur 12, qui indique le-poids du contenu du récipient 1, est appliqué à un enregistreur 13 qui produit un tracé 14 du poids représenté sur la figure 2. te signal de -sortie de l'amplificateur 12 est aussi appliqué à un différentiateur 15 qui émet un signal de sortie en courant continu indiquant la vitesse de variation du poids du contenu du récipient. te signal de sortie du différentiateur passe par un filtre 16 à un enregistreur 1 7 de la vitesse de variation du poids qui produit un tracé 18, comme on le voit sur la figure 2. Pendant la mise en oeuvre du processus de fabrication de l'acier, le signal de sortie'de l'amplificateur 12 de modification de l'échelle des nombreskst ajusté de façon qu'il corresponde à zéro, comme indiqué par le point 19 du tracé 14, et une charge en fusion et-du laitier sont introduits dans le récipient 1 pour provoquer une augmentation du poids enregistré jusqu'à une valeur. indiquée par le point 20. L'oxygène est ensuite injecté dans la charge en fusion au moyen de la lance 7. Par exemple, avec une charge en fusion de 150 tonnes, l'oxygène est injecté dans la charge fondue à un débit constant de 283 m3 environ à la minute. L'injection de l'oxygène provoque l'élimination du carbone de la charge en fusion et l'oblige à quitter le récipient 1 soit sQus forme d'oxyde de carbone, soit sous forme d'anhydride carbonique, ce qui tend à diminuer le poids, tandis que le silicium puis le manganèse et le phosphore sont enlevés de la charge en fusion et apparaissent dans le laitier principalement sous forme d'oxyde, ce qui tend à augmenter le poids. Pendant ce temps, le poids du contenu du'convertisseur reste sen siblement~constant comme l'indique la partie du tracé 14 comprise entre les points 20 et 21. Ensuite, une faible quantité de carbone est oxydée et des oxydes de fer s'accumulent dans le laitier, de sorte que le poids enregistré augmente jusqu'au point 22 du tracé 14.La température de la charge en fusion augmente constamment à ce moment à partir de 130O0C environ à l'instant où l'oxy- gène est injecté pour la première fois comme l'indique la courbe 23 de la figure 4. il se produit alors une élimination rapide du carbone et étant donné que l'oxyde de fer du laitier joue un rôle important dans cette décarburation primaire et que la réaction est endothermique, la température du métal fondu se stabilise à environ 15000C comme indiqué par la partie de la courbe 23 comprise entre les points 24 et 25 de la figure 4. Après cette décarburation primaire, l'oxyde de fer commence à nouveau à s'accumuler dans le laitier et la décarburation se produit plus lentement. Finalement, il se produit une décarbu- ration secondaire qui abaisse la teneur en carbone au niveau final. On a constaté que le passage de la décarburation primaire à la décarburation secondaire se produit sensiblement à la même température à chaque fois, à savoir 1500 C environ et que le début de cette période de transition coincide avec une crête A du tracé 18 d'enregistrement de la variation du poids de la figure 2. Ce point A, qui correspond au point 26 de la courbe théorique de la vitesse de variation du poids représentée sur la figure 2, est le point à partir duquel la température de la charge en fusion peut etre déterminée. On a constaté que, pour une charge en fusion de 150 tonnes dans un récipient particulier 1 et en injectant l'oxygène à un débit constant d'environ 283 m3 à la minute comme susmentionné, l'augmentation de la température du point 24 (qui correspond au point A) au point 28 auquel la décarburation est achevée, est sensiblement linéaire, comme indiqué par le pointillé 29 sur la figure 4 et est d'environ ?OOC à la minute.Par conséquent, en préparant un graphique de. calibrage qui ,pour le récipient 1 et la charge en fusion de 150 tonnes et le débit constant d'injec- tion de l'oxygène indiqué ci-dessus, serait constitué par les courbes représentées sur les figures 3 et 4, la température du métal en fusion peut être déterminée à un instant quelconque entre le point A auquel le processus passe de la décarburation primaire à la décarburation secondaire et l'instant (point 28) auquel le degré nécessaire de décarburation est atteint, en rapportant le temps écoulé sur le graphique de calibrage. il est possible de préparer des graphiques de calibrage analogues pour d'autres récipients ayant une capacité et contenant un poids de la charge en fusion différents de ceux susmentionnés ainsi que pour des débits différents d'injection d'oxygène. Bien que le débit d'injection de l'oxygène soit maintenu constant pendant le processus décrit plus haut, il est également possible de préparer des graphiques de calibrage couvrant des variations du débit d'injection de l'oxygène pendant le processus à condition que la variation prédéterminée du débit d'injection de l'oxygène soit répétée fidèlement. En outre, bien que l'oxygène soit injecté au moyen d'une lance 7 dans le procédé décrit plus haut, il est également possible d'utiliser des récipients avec injection oxygène par le bas pour la mise en oeuvre du procédé, Il va de sol. que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits sans sortir du cadre de l'invention. VE'--tDTCATIOTS 1. Appareil pour déterminer la température d'une charge en fusion dans un procédé de fabrication de l'acier impliquant une injection d'oxygène, appareil caractérisé en ce quril comporte un dispositif destiné à détecter le poids du contenu du récipient ou convertisseur dans lequel la charge en fusion doit être traitée, un dispositif pour enregistrer la vitesse de variation du poids du contenu du récipient afin de permettre de déterminer le point où le procédé passe de la décarburation primaire à la décarburation secondaire, et un dispositif de calibrage mettant en corrélation la vitesse de variation du poids, le temps et la température de la charge en fusion de manière à pouvoir déterminer la température audit point et pendant le reste du temps nécessaire pour obtenir le degré voulu de décarburation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection du poids du contenu du récipient comporte plusieurs dynamomètres. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dynamomètres sont incorporés dans des chaises supportant le récipient. 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les dynamomètres sont destinés à émettre un signal électrique qui est utilisé pour produire l'enregistrement de-la vitesse de variation du poids. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque dynamomètre comporte une billette d'acier à laquelle est fixée une jauge de contrainte, lesdites jauges de contrainte étant reliées à un circuit électrique en pont destiné à produire un signal électrique indiquant le poids du contenu du récipient. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit différentiateur qui reçoit le signal électrique indiquant le poids du contenu du récipient et qui émet un signal indiquant la vitesse de variation du poids, qui est utilisé pour commander le dispositif d'enregistrement. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'oxygène est infecté au moyen d'une lance située au-dessus de la charge en fusion. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'oxygène est injecté par l'intermé- diaire de tuyères installées dans le fond du récipient. 9. Procédé de détermination de la température de la charge en fusion dans un procédé de fabrication de l'acier impliquant une injection d'oxygène, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à détecter les variations du poids du contenu du récipient ou convertisseur au cours du processus pendant que oxygène est injecté à un débit prédéterminé, à enregistrer la vitesse de variation du poids et, à partir dudit enregistrement, à déterminer le point où le processus passe de la dé carburation primaire à la dé carburation secondaire et ensuite à déterminer la température de la charge en fusion à partir de l'enregistrement en utilisant une relation préalablement établie mettant en corrélation la température, le temps, la vitesse de changement du poids pendant la période comprise entre ledit point et le point où la charge en fusion atteint le degré voulu de décarburation. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le poids du contenu du récipient est détecté par plusieurs dynamomètres. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les dynamomètres sont destinés à émettre un signal électrique qui est utilisé pour produire l'enregistrement de la vitesse de variation du poids. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que chaque dynamomètre comporte une billette d'acier à laquelle est fixée une jauge de contrainte, et les jauges de contrainte sont montées dans un circuit électrique en pont destiné à produire un signal électrique indiquant le poids du contenu du récipient. 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'un circuit différentiateur est destiné à recevoir le signal électrique indiquant le poids du contenu du récipient et à émettre-un signal indiquant la vitesse de variation du poids qui est utilisé pour alimenter le dispositif d'enregistrement. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l'oxygène est injecté par une lance disposée au-dessus de la charge en fusion. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l'oxygène est injecté par l'intermédiaire de tuyères disposées dans le fond du récipient. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que le débit d'injection de l'oxygène est maintenu sensiblement constant pendant tout le processus de fabrication de l'acier.