Brevet FR2398345A1 — publié le 19790216

ta présente invention due à la collaboration de Monsieur Guy SARTORIUS est relative à un procédé et à un dispositif de régulation du régime thermique d'un four métallurgique à arc d'aciérie électrique ou d'une manière générale de tout dispositif de fusion utilisant des électrodes alimentées en courant électrique. On connais déjà des dispositifs de régulation pour commander la hauteur des électrodes au-dessus du bain d'un four à arcs électriques maintenant constant l'impédance quel que soit l'état de la fusion de la charge de façon à réaliser un mouvement minimum des électrodes évitant que celles-ci ne descendent en cas de manque de courant. Pour éviter une détérioration trop rapide des parois internes réfractaires du four on a déjà prévu également (demande de brevet français n0 72 25154) d'assurer un contrôle continu du régime thermique et de procéder soit à une action sur l'intensite du courant d'alimentation des électrodes, soit à une action sur la tension par "dévoltage" de façon à réguler la puissance électrique fournie aux électrodes du four en vue d'une ùtilisation maximale de la puissance pour une usure la plus régulière et la moins importante possible des parois réfractaires. I1 est cependant apparu qu'il était possible de simplifier considérablement le dispositif de commande et de régulation du régime thermique des fours métallurgiques à arcs en supprimant notamment la nécessité d'utiliser un calculateur en service et en diminuant le cout de réalisation. La présente invention a donc pour objet un-procédé et un dispositif de régulation du régime thermique d'un four métallurgique à arcs qui permette de ne pas abaisser la tension d'alimentation des électrodes par dévoltage de manière prématurée ou inutile améliorant ainsi le rendement de l'installation et permettant d'obtenir comme dans les dispositifs précités une usure plus régulière et moins importante des parois réfractaires du four. Cet objet est obtenu par des moyens particulièrement simplifiés. Dans le procédé de régulation de l'alimentation électrique des électrodes d'unfour métallurgique destiné à la fusion des métaux selon l'invention, on mesure en continu la dérivée par rapport au temps de la température superficielle des parois du four et on abaisse la tension d'alimentation des électrodes lorsque la dérivée de la température dépasse un seuil déterminé, Selon l'invention- le seuil déterminé est constitué par une première valeur limite pendant la première moitié de la fusion correspondant à la consommation de la moitié de l'énergie nécessaire à la fusion de la totalité des matériaux introduits dans le four.Pendant la deuxième moitié de la fusion, le seuil pour lequel la tension d'alimentation des électrodes est abaissée est constitué par une deuxième valeur limite inférieure à la première valeur limite précitée Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la deuxième valeur limite est comprise entre le tiers et le quart de la première valeur limite. On maintient de préférence une période de temporisation entre deux actions successives de dévoltage sur la tension d'alimentation des électrodes afin d'éviter de provoquer un deuxième dévoltage avant que la dérivée de la température ne redescende envdessous de son seuil critique. te dispositif de régulation selon la présente invention permet la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le dispositif comprend un décompteur d'énergie par poids de matières introduites dans le four commandant deux contacts susceptibles de mettre en circuit alternativement un premier ou un deuxième comparateur qui sont réglés respectivement à la première et la deuxième valeur limite de la dérivée de la température des parois. Les comparateurs sont capables d'émettre un signal agissant par l'intermédiaire d'un dispositif de contact sur la commande de dévoltage du four provoquant ainsi une baisse de la tension du courant d'alimentation des électrodes. Le dispositif de l'invention se complète avantageusement au moyen d'un deuxième décompteur dlenergie par poids de matière introduite dans le four, lequel se trouve réglé à la valeur de l'énergie totale nécessaire pour une fusion et qui peut agir par l'intermédiaire d'un contact sur le disjoncteur du four afin de terminer une opération de fusion de manière automatique. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé, qui représente un schéma fonctionnel des elements principaux d'un dispositif de régulation conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure un thermocouple 1 est disposé à l'intérieur d'une sonde de mesure de température non représentée sur la figure qui peut être soumise à un mouvement, de préférence automatique, d'avance et de recul à l'intérieur d'un conduit pratiqué dans la paroi réfractaire du four. Le mouvement peut par exemple être réalisé au moyen d'un-dispositif tel que décrit dans la demande de brevet français nO 72 21 944. On fait en sorte que l'extrémité de la sonde munie du thermocouple de mesure se trouve au voisinage immédiat de la paroi interne du four de façon à mesurer la température superficielle des parois du four. Pour éviter la détérioration de l'embout d'extrémité de la sonde, cette dernière est avantageusement munie de moyens de refroidissement par soufflage d'air comprimé.En fonctionnement normal la pression d'alimentation de cet air comprimé peut etre par exemple de 0,5 bar. Le signal de mesure du thermocouple 1 est envoyé sur un convertisseur 2 transformant la tension en courant électrique. Le courant de sortie qui varie par exemple entre 4 et 20 mA est envoyé par la connexion 3 sur un dispositif enregistreur potentiométrique 4 réalisant un tracé continu de latempéra- ture mesurée puis sur un amplificateur opérationnel 5 avec interposition d'un dispositif de lissage Sa. t'amplificateur opérationnel 5 reçoit également la tension de référence Ur. La-sortie de l'amplificateur 5 est reliée par la connexion 6 à un module de division 7 recevant par ailleurs, par l'intermédiaire de l'interrupteur manuel 8, la tension de référence Ur. Le module 7 effectue l'opération de dérivée par rapport au temps de la température superficielle des parois mesurée par le thermocouple 1. La sortie de I'amplificateur Qpérationnel 5 est égale- ment reliée par la connexion 9 à un comparateur 10 dont le seuil decomparaison- est déterminé par le potentiomètre 11 qui fournit une température limite maximale risquant de détériorer la sonde de mesure et le thermocouple i. -ta sortie du comparateur 10 est reliée par la connexion 12 et l'alarme 13 au dispositif i4 d'avance et de recul de la sonde de mesure de façon à provoquer un mouvement de recul de la sonde et du thermocouple lorsqu'un signal est émis par le comparateur 10. La sortie du module 7 est reliée par les connexions 15 et 15a aux contacts 16 et 16a qui sont commandés simultanément par le dispositif décompteur 17. Selon la position des contacts 16 et 16a, la sortie du module 7 est alors reliée alternativement à l'entrée du module de comparaison 18 ou du module de comparaison 18a, les seuils de comparaison de chacun de ces modules étant déterminés respectivement par les potentiomètres 19 et 19a. Le dispositif de décomptage 17 reçoit d'une part la tension de référence et d'autre part, par l'intermédiaire d'un dispositif d'affichage symbolisé par la flèche 20, une certaine valeur d'énergie par poids de matière introduite dans le four.Le dispositif décompteur 17 est alors capable de mesurer la quantité d'énergie consommée pendant la fusion par unité de poids des matières métalliques introduites dans le four de façon à émettre un signal de sortie modifiant la position des contacts 16 et 16a lorsque la valeur affichée est atteinte ce qui correspond du point de vue énergétique à la moitié de la fusion. La première valeur limite déterminée par le potentiomètre 19 pour la dérivée de la température en fonction du temps est choisie plus importante que la deuxième valeur limite déterminée par le potentiomètre 19a. Dans la pratique, d'excellents résultats ont été obtenus en choisissant la valeur du deuxième seuil critique entre 1/3 et 1/4 du premier seuil. C'est ainsi par exemple que la valeur limite fournie par le potentiomètre 19 peut être choisie à environ 5000C/mn tandis que la valeur déterminée par le potentiomètre 19a peut être de 1500C/mn. La sortie des modules de comparaison 18 et 18a est reliée par la connexion 21 au contact 22 d'un premier relais temporisé qui, après sa fermeture, peut être ouvert automatiquement après une période de temps déterminée au moyen de la bobine de commande 23 du relais également reliée à la sortie des modules de comparaison 18 et 18a par la connexion 24. Un deuxième relais à contact 25 monté dans le circuit en série et en aval du contact 22, peut mettre en circuit une alarme 26 et provoquer le déplacement pas à pas du dispositif de dévoltage 27 agissant directement sur le transformateur d'alimentation 28 du four métallurgique. Le dispositif de l'invention se complète de préférence au moyen d'un deuxième dispositif de décomptage 29 permettant de décompter l'énergie par unité de poids de matière alimen tée dans le four et recevant la tension de référence Ur et une valeur limite affichée symbolisée par la flèche 30. La valeur affichée est égale à l'énergie totale nécessairea la fusion complète d'une charge du four métallurgique. Le dispositif de décomptage émet, lorsque cette énergie totale a été effectivement consommée, une signal commandant la fermeture du contact 31 mettant ainsi en circuit le dispositif de commande 32 du disjoncteur du four. Le dispositif tel qu'il est représenté fonctionne de la manière suivante Au début de la fusion et après que les matières métalliques aient été introduites dans le four, on agit manuellement sur le bouton poussoir 8 à accrochage dont le contact reste etabli. La moitié de l'énergie nécessaire à la fusion des matières introduites-dans le four est affichée sur le dispositif décompteur 17 par exemple en kW/h par tonne de matière. Cette valeur de l'énergie est déterminée expérimentalement et correspond donc du point de vue énergétique à la moitié de la fusion. De la même manière, la valeur totale de l'éner- gie nécessaire pour la fusion complète est affichée sur le décompteur 29. Pendant la première moitié de la fusion c'est-à-dire tant que l'énergie consommée par tonne n'a pas atteint la valeur affichée sur le dispositif décompteur 17, le contact 16 reste fermé tandis que le contact 16a est ouvert. La dérivée par rapport au temps de la température mesurée par le thermocouple 1 donne donc lieu à un signal à la sortie du module de formation -de la dérivée=7 qui est comparé dans le dispositif comparateur 18 à la valeur limite réglée par le potentiomètre-19, Cette valeur peut par exemple être de l'ordre de 500 C/mn. Tant que la dérivée de la température reste inférieure à cette valeur critique aucun signal n'est émis par le module de comparaison 18.De cette manière il est possible d'éviter de procéder à une action sur la tension d'alimentation des électrodes du four, c'est-à-dire une action de dévoltage, pendant le début de la fusion au cpurs duquel il est fréquent d'obtenir des augmentations importantes de température pendant des temps assez courts en raison d'effondrements de ferrailles à l'intérieur de la charge du four. Ce n'est que si la dérivée de la température dépasse la valeur limite déterminée par le potentiomètre 19 que le comparateur 18 émet un signal qui provoque tout d'abord la fermeture du contact 22 du premier relais 23 ainsi que la fermeture du contact 25 du deuxième relais. Le dispositif de dévoltage 27 provoque une diminution de la tension d'alimentation des électrodes du four.Pour éviter une deuxième opération de dévoltage avant que la dérivée de la température ne redescende au-dessous de son seuil critique, le relais 22 est temporisé à la fermeture par exemple pour une durée d'environ 1 minute. Dans ces conditions, le contact 22 s'ouvre automatiquement après ltobtention d'un signal par la connexion 21 et ne peut plus être refermé avant l'expiration de la durée de temporisation précitée. Lorsque le dispositif décompteur 17 est arrivé à zéro il commande le déplacement des contacts 16 et 16a, le contact 16 étant alors ouvert et le contact 16a fermé. Cette période qui correspond à la deuxième moitié de la fusion du point de vue énergétique ne présente plus en effet les mêmes dangers de dévoltage inutile comme la première période de la fusion. Il est donc possible de comparer la dérivée de la température déterminée par le module 7 dans le comparateur 18a dont le seuil critique déterminé par le potentiomètre 19a est inférieur au précédent et réglé par exemple à environ 1500C/mn. Comme précédemment, le dévoltage est commandé dès qu'un signal est émis par le comparateur 18a c'est-à-dire dès que la dérivée de la température mesurée par rapport au temps dépasse la valeur limite déterminée par le potentiomètre 19a. Pour éviter que la sonde de mesure de température ne puisse être détériorée par une valeur trop importante de la température mesurée, le dispositif de comparaison 10 émet un signal de sortie dès que la température mesurée dépasse une valeur limite déterminée par le potentiomètre 11. Dans ce cas, la sonde de mesure et le thermocouple 1 sont reculés à l'intérieur de la paroi réfractaire du mur sur une distance relativement faible et suffisante pour entraîner une baisse de température. Le refroidissement de la sonde est en même temps avantageusement augmenté, la pression de l'air passant par exemple à une pression plus importante de l'ordre de 6 bars. Lorsque la fusion est terminée, la quantité d'énergie par unité de poids de matière introduite dans le four ayant été entièrement consommée, le dispositif décompteur 29 émet un signal qui fait disjoncter automatiquement le four par l'intermédiaire du dispositif 32. Lorsque les opérations de fusion sont totalement terminées on agit sur le bouton poussoir 8 pour le déverrouiller ce qui ouvr-e le contact. Les opérations ultérieures, par exemple d'affinage, peuvent alors commencer. Dans la présente description il a été question de mesurer la dérivée par rapport au temps de la température superficielle des parois du four. Le technicien comprendra qu'il s'agit en réalité de la dérivée par rapport au temps d'une "image" de cette température c'est-à-dire d'un signal électrique lui correspondant. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de l'alimentation électrique des électrodes d'un four métallurgique destiné à la fusion des métaux dans lequel on mesure en continu la dérivée par rapport au temps de la température superficielle des parois et on abaisse la tension d'alimentation des électrodes lorsque ladite dérivée dépasse un seuil déterminé, caractérisé par le fait que pendant la première moitié de la fusion correspondant à la consommation de la moitié de l'énergie nécessaire à la fusion de la totalité des matériaux introduits dans le four, ledit seuil est une première valeur limite et que pendant la deuxième moitié de la fusion, ledit seuil est une deuxième valeur limite inférieure à la dite première valeur limite. 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la deuxième valeur limite précitée est comprise entre 1/3 et 1/4 de la première valeur limite 3. Procédé de régulation selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on maintient une période de temporisation entre deux actions successives sur la tension d'alimentation des électrodes. 4. Procedé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on mesure la température superficielle des parois au moyen d'une sonde rétractable caractérisé par le fait que l'on recul ladite sonde lorsque la,température dépasse une valeur limite prédéterminée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on augmente également la pression d'air de refroidissement de la sonde lorsque la tèmpérature dépasse une valeur limite prédéterminée. 6. Dispositif de régulation de l'alimentation électrique des électrodes d'un four métallurgique -permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif décompteur d'énergie par poids de matière introduite dans le four, commandant deux contact susceptibles de mettre en circuit alternativement un premier ou un deuxième comparateur réglés respectivement à la première et la deuxième valeur limite de la dérivée de la température et agissant par l'intermédiaire d'un dispositif de contact sur la commande de dévoltage du four. 7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé par le fait quelle dispositif de contact comprend un relais temporisé à la fermeture. 8. Dispositif de régulation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un deuxième dispositif décompteur d'énergie par poids de matière introduite dans le four agissant par l'intermédiaire d'un contact sur le disjoncteur du four pour terminer une.opération de fusion.