Brevet FR2300132A1 — publié le 19760903

Lors de la production d'acier au moyen de convertisseurs à soufflage d'oxygène, on s'efforce de parvenir aussi précisément que possible à um teneur finale en carbone prédéterninée. Du fait qu'une mesure directe de cette teneur en carbone, par exemple au moyen de procédés analytiques, n'est pas possible pendant la phase de soufflage, il faut recourir à des procédés indirects pour cette détermination. C'est ainsi, par exemple, qu'il est connu d'effectuer une analyse de teneur en carbone sur modèle au moyen d'une calculatrice et en recourant à I'emploi de données actuelles du processus. De la sorte, le processus peut en principe être interrompu à l'instant où est obtenoela teneur en carbone désirée. le procédé le mieux connu consiste à effectuer en permanence un calcul de la teneur en carbone du bain de métal sur la base d'une détermination de la vitesse de décarburation Pour ce faire, on détermine la quantité de carbone introduite dans le convertisseur avec les matières constituant sa charge au début de l'opération de soufflage, ceci à partir de la teneur en carbone de ces matières constitutives de la charge, et l'on détermine à partir d'une analyse des gaz d'échappement, c'est-à-dire du pourcentage d'oxyde de carbone et de gaz carbonique contenus dans ces gaz, ainsi qu'à partir du débit des gaz d'échappement, la vitesse de décarburation dC/dt. La teneur en carbone du bain de métal est fournie par intégration de dC/dt et du calcul de la différence par rapport à la teneur en carbone des matières constituant la charge.Ce procédé ne fournittoutefois, du fait de la formation de différence ainsi que des erreurs de mesure affectant les gaz d'échappement, que des valeurs relativement imprécises pour la teneur én carbone. Il est encore connu d'établir .w relation ente la quantité soufflée d'oxygène et la décarburation. Mais la loi de dépendance ne peut entre représentée que par un système d'équations de structure complexe, et ne peut de ce fait etre simulée sous la forme d'un modèle de processus qu' au prix de moyens considérables. On a finalement encore essayé de déterminer par approximation la valeur instantanée de la teneur en carbone pendant les dernières minutes de la phase de soufflage en recourant à une fonction exponentielle. La présente invention se donne pour but de concevoir un procédé de détermination de la teneur en carbone du bain métallique, procédé qui fournise des résultats plus précis que les procédés connus et qui permette d'obtenir une teneur finale en carbone pré dé- terminée avec une tolérance de 0,1 %. L' invention prend pour point de départ la constatation du fait que l'on peut recourir à une relation linéaire pour exprimer la dépendance entre la quantité souf flee d'oxygène et le degré de décarburation, et qu'il est également possible d'établir une équation linéaire d'approximation pour la vitesse de décarburation lorsque la détermination n'est exécutée que pendant le seul dernier tiers de la durée de la phase de soufflage.Ce seul intervalle de temps est toutefois suffisant pour permettre d'obtenir la teneur finale en carbone désirée. Ce but est atteint, conformément à l'invention, gracie au fait que l'on détermine la décarburation pendant le dernier tiers de la phase de soufflage selon trois équations d'approximat ion linéaires distinctes, à savoir a) d'après la vitesse de décarburation dC/dt ou d'après la teneur en gaz carbonique CO2(t) et sa dérivée première, fournies par 11 analyse des gaz d'échappement b) d'après la quantité soufflée d'oxygène O2(t) et sur la base d'un bilan physico-chimique avec la quantité d'oxygène O2Prescr. nécessaire pour parvenir à la teneur finale en carbone et determinée à partir des matières constituant la charge C2 = b0 + b1 (O2Prescr.- O2(t)) c) à partir de l'hypothèse d'une décroissance linéaire du pourcentage de la teneur en carbone pendant les dernières minutes de la phase de soufflage (ta désignant l'instant où débute l'évalua- tion) : C3 = cO + cl (t - ta) et que les valeurs Cl C2, C3 ainsi déterminées sont affectées de - facteurs A, B, C dont la somme est égale à l'unité et. qui, dans le cas d'une allure non perturbée des. valeurs de mesure et de calcul nécessaires à la détermination de C1 et de C2, sont approximativement dans un rapport A : B :C = 4 : 2 : 1, et dont par contre, dans le cas de perturbation des valeurs de mesure nécessaires à la détermination de C1 ou de C2, le facteur associé à la valeur perturbée est choisi nul tandis que les deux autres facteurs sont entre eux dans un rapport approximatif B : C ou A : C = 2 : 1 (al, a2, &alpha;1, i2) b bl, cO, cl désignant dans les équations ci-dessus des constantes, K et K1 des facteurs d'amplification constants). Les essais qui ont abouti au procédé de l'invention ont montré que la teneur instantanée en carbone dépend directement de la valeur de la vitesse de décarburaticn et de sa dérivée première vers la fin de la phase de soufflage, et qu'il est passible d'avancer à ce sujet l'équation linéaire d'approximation suivante (K désignant dans cette relation un facteur d'amplification, et a1, a2 des constantes). sux lieu et place de la vitesse de décarburation, il est encore possible de recourir à l'emploi de la teneur en gaz carbonique dans les gaz d'échappement, cette teneur étant exprimée en pourcentage (CO2(t)), ceci conformément à l'équation d'approximation suivante : d(CO2) C1 = K1 (&alpha;1 CO2(t) = &alpha; 2 ) dt (K1 désignant dans cette relation un facteur d'amplification, et &alpha;1, &alpha;2 des constantes). Le temps t est compté à partir du début de la phase de soufflage. En ce dernier cas, il est possible de déterminer la teneur instantanée en carbone sans avoir a mesurer le débit des gaz d'échappement. Pour la formation de la dérivée première, les valeurs mesurées sont débarrassées, au moyen de dispositifs de filtrage de tendance connus fonctionnant selon un mode d'ada@tation statistique de leurs fluctuations statistiques inhérentes et de leurs retards temporels. Les constantes sont déterminées par interpréta tion des résultats de charges antérieures et grâce aux relevés de courbes enregistrés à cet effet. Le facteur d'amplification K ou K1 est recalculé après chaque charge et à cet effet est formé le qu@tient de la valeur @esurée fournie par le lab@ratoire d'analyses pour la dernière charge par la valeur de cette charge employée pour le calcul. pour une charge (n), on a Il est également possible d'employer une équation linéaire d'approximation pour la détermination de la teneur en cartone à partir de la quantité soufflée d'oxygène. @lle résulte de la différence entre la valeur prescrite de la quantité soufflée d'oxygène O2 Prescr. et la quantité d'oxygène effectivement soufflée jusqu'@ l'instant considéré t > soit O2(t). il est possible, à partir de la connaissance des quartiles de matière constituant la charge et de leur analyse, de calculer d'avance la quantité d'oxygène 02 Prescr. qui est nécessaire pour parvenir à la teneur finale dé- sirée en carbone. Les facteurs de pondération A, B, C, dont la somme doit etre égale à l'unité, sont choisis en fonction de la qualité des diverses déterminations effectuées. Il convient en 11 occurrence de se souvenir que la détermination de C1 à partir des-valeurs fournies par l'analyse des gaz est celle qui peut etre le plus fréquemment entachée d'erreurs, ces erreurs provenant de dérangements divers des appareils de mesure employés. La détermination de C2 à partir de la quantité soufflée d'oxygène peut elle aussi, à l'occasion, entre perturbée. Le cas le plus invraisemblable est celui d'une perturbation ou d'une fausse valeur de C3.Dans le cas d'une allure non perturbée, et d'une exactitude normale des valeurs mesurées qui sont utilisées pour la détermination, on choisit pour A : B : C un rapport de proportion de 4 : 2 : 1, par exemple A = 0,6, B = 0,3 et C = 0,1. Si par cintre la valeur de C1 est faussée par suite de dérangement d'un analyseur de gaz, on choisit alors A= 0, et pour les facteurs B et C un rapport de 2 : 1, par exemple B = 0,7 et C = 0,3. On procédera de façon analogue lorsque la valeur de C2 sera perturbée. Ici-encore, in fera B = 0, et l'on choisira A = 0,7 et C = 0,3. La détermination des diverses valeurs Ci, C2, C C3, leur pondération au moyen des facteurs A, B, C et leur.. combinaison linéaire e en une valeur de somme commencent une fois que sont atteints des critères prédéterminés. L'interprétation des résultats commence lorsque sont atteintes des valeurs prédéterminées dans le sens d'une combinaison de type ET pour la durée de la phase de soufflage, pour la vitesse de décarburation (dC/dt) et pour la quantité soufflée d'oxygène. Aux lieu: et place d'une valeur de dC/dt, on peut encore prédéterminer un certain n pourcentage de teneur en gaz carbonique dans les gaz d'échappement. Comne condition supplé iientaire est encre prescrite une limite supérieure pur la quantité soufflée d'oxygène et l'interprétation des résultats est encore mise en route lorsque, indépendamment des valeurs indiquées par la combinais on ET précitée, la valeur limite pour la quantité soufflée d'oxygène est atteinte ou dépassée.Pour un convertisseur d'une Ca- pacité de 120 t, se sont ainsi révèlées comme favorables, par exem ple, les valeurs limites suivantes : durée de la phase de soufflage t = 14 mn, dC/dt = 300 kg/mn, quantité soufflée d'oxygène 5.000 Nm3. Comme condition supplémentaire, c' est-à-dire comme limite supérieure pour la quantité soufflée d'oxygène, a été posée la valeur -de 5 .soe Nom3. Une fois atteintes les valeurs limites de la combinaison ET ou de la condition supplémentaire pour une charge donnée, par exemple en un temps t supérieur ou égal à t = 15 s, l'interprétation des résultats a été initiée et la teneur en carbone du bain en fusion a été établie toutes les quatre secondes Jusqu'à la fin de la durée de la phase de soufflage De cette manière, on a pu atteindre,dans plus de 90 % des charges, la valeur finale prescrite pour la teneur en carbone avec une précision de + 0,2 %. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de détermination de la teneur instantanée en carbone pendant la phase de soufflage dans un convertisseur à soufflage d'oxygène à à partir de la mesure de l'oxyde de carbone et du gaz carbonique contenus dans les gaz d'échappement, de la quantité soufflée d'oxygène, et de la durée de la phase de soufflage, caractérisé par le fait que l'on détermine la décarburation pendant le dernier tiers de la phase de-soufflage selon trois équations d'approximation linéaires distinctes, à savoir a) d'après la vitesse de décarburation dC/dt ou d'après la teneur en gaz carbonique C02(t) et sa dérivée première, fournies par l'analyse des gaz d'échappement b) d'après la quantité soufflée d'oxygène 02(t) et sur la base d'un bilan physico-chimique avec la quantité d'oxygène 02 Prescr. nécessaire pour parvenir à la teneur finale en carbone C2 = -b0 + bj (02 Prescr. - 02(t)) c) à partir de l'hypothèse d'une décroissance linéaire du pourcentage de la teneur en carbone pendant les dernières minutes de la phase de soufflage (ta désignant l'instant où débute l'évaluation) C3 = c0 + cl (t - ta) et que les valeurs C1, C2, C3 ainsi déterminées sont affectées de facteurs A, B, C dont la somme est égale à l'unité et qui, dans le cas d'une allure non perturbée des valeurs de mesure et de calcul nécessaires à la ddtermination de C1 et de C2, sont approximative- ment dans un rapport A : B :C = 4 : 2 : 1, et dont par contre, dans le cas de perturbation des valeurs de mesure nécessaires à la détermination de C1 ou de C2, le facteur associé à la valeur perturbée est choisi nul tandis que les deux autres facteurs sont entre eux dans un rapport approximatif B : C ou A : C = 2 : 1 (a1, a2,&alpha;1,&alpha; 2, bo, bl, co, cl désignant dans les équations ci-dessus des constantes, K et K1 des facteurs d'amplification constants). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résolution des équations d'approximation pour C1, C2, C3 est initiée lorsque, dans le sens d'une combinaison ET, sont atteintes ou dépassées les valeurs prescrites pour la durée de la phase de soufflage (en mn), pour la vitesse de décarburation dC/dt (kg/mn) ou la teneur én gaz carbonique (en %) %) et pour la quantité soufflée d'oxygène (en Nm3), ou lorsqu'est atteinte une valeur limite supérieure prédéterminée pour la quantité soufflée d'oxygène (en Nm3).