Brevet FR2504420A1 — publié le 19821029

Procédé de mesure de niveau, de température ou d'usure dans des récipients métallurgiques et récipient métallurgique destiné à la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé de mesure du niveau de remplissage et/ou de la température et/ou de l'usure dans ou sur des récipients métallurgiques garnis de matériaux réfractaires, et porte également sur un ré- cipient métallurgique destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. Au fur et à mesure que l'automatisation se répand, on se trouve de plus en plus confronté au problème de la fia- bilité du contrôle du niveau des récipients métallurgiques. Il faut aussi en outre contrôler de façon continue la température qui règne dans les récipients métallurgiques garnis de matériaux réfractaires, ainsi que le degré d'usu- re qui intervient dans ces récipients. En ce qui concerne le niveau de remplissage, il faut, par exemple, dans les usines sidérurgiques, assurer la surveillance des poches torpédo ou poches-tonneaux pour éviter qu'elles ne se remplissent exagérément ou même ne débordent. En coulée continue, il est souhaitable, pour des rai- sons métallurgiques, que la coulée de l'acier se fasse sans contact avec l'air ambiant, c'est-à-dire dans un cir- cuit fermé, et que le niveau dans le panier de coulée soit en même temps maintenu constant Il est donc impératif à cet égard de procéder à une mesure continue de la surface du bain. Dans les poches de transfert ou dans un convertis- seur LD, l'indication du poids brut ne permet souvent pas de déterminer avec une précision suffisante le niveau de remplissage du récipient, car l'épaisseur du garnissage réfractaire varie pendant la durée de l'exploitation. Le problème des mesures de niveau est relativement simplifié lorsqu'il s'agit simplement de préétablir des -2- limites pour le niveau de remplissage, ce qui veut dire que le niveau doit être maintenu au-dessous d'un repère déterminé ou entre deux repères. Cependant, pour éviter que le récipient métallurgi- que ne se perce, il est également nécessaire d'effectuer un contrôle continu des températures et du degré d'usure du garnissage réfractaire. On connaît beaucoup de méthodes pour la mesure du niveau des liquides Il est également connu que des liqui- des conducteurs de l'électricité peuvent servir de jonc- tion conductrice entre deux contacts, la résistance élec- trique entre deux électrodes pouvant permettre de conclure que le liquide se trouve au-dessous de l'électrode supé- rieure ou au-dessus de celle-ci. Cependant, avec des matériaux à point de fusion éle- vé, en particulier l'acier, toutes les électrodes connues se révèlent inopérantes en service continu A titre d'exem- ple, les électrodes métalliques forment des alliages et fondent Les électrodes constituées par des barres de gra- phite se dissolvent. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un procédé de mesure du niveau de remplissage et/ ou de la température et/ou de l'usure dans ou sur des ré- cipients métallurgiques garnis de matériaux réfractaires, procédé qui permette d'obtenir de façon fiable les valeurs significatives pour ces récipients. Pour résoudre le problème posé, la présente invention propose que l'on utilise, en différents points du garnis- sage réfractaire du récipient, des électrodes composites constituées par des semi-conducteurs réfractaires chemisés dans une masse peu conductrice et présentant eux-mêmes une conductivité supérieure, et par des conducteurs électri- ques reliés à une source de courant et encastrés ou inté- grés dans les susdits semi-conducteurs, ceci de telle fa- çon que la présence de scories ou de laitier ou d'acier, la répartition des températures à l'intérieur de la masse et le degré d'usure de celleci puissent être indiqués par 3 - l'intermédiaire des résistances de dérivation des conduc- teurs électriques ainsi que par l'intermédiaire des résis- tances entre les différents conducteurs électriques. L'électrode composite utilisée avec le procédé selon la présente invention comporte une enveloppe-ou gaine con- duisant mal l'électricité, à toutes les températures d'uti- lisation, et qui est par exemple réalisée avec de la magné- sie ou de la dolomie, ou bien avec la participation de ces matériaux Lorsque le récipient métallurgique est lui-même garni d'un matériau réfractaire conduisant mal l'électrici- té, le garnissage réfractaire peut lui-même servir d'enve- loppe isolante pour l'électrode proprement dite, et l'on peut alors se dispenser de prévoir une enveloppe isolante séparée Pour l'électrode proprement dite, on choisit, selon la présente invention, des matériaux réfractaires semi-conducteurs qui présentent une bonne conductivité électrique à des températures élevées tels que, notam- ment, des briques en oxyde de zirconium et qui sont armés avec des matériaux qui conduisent bien l'électricité, même à de basses températures-, tels que des métaux à haut point de fusion ou du graphite. Pour éviter que les contacts entre le métal fondu et l'électrode ne soient gênés par des dépôts, un mode de réalisation du procédé selon la présente invention prévoit que du gaz inerte soit introduit par soufflage à travers les électrodes composites ou à travers une brique d'injec- tion disposée sous chaque électrode composite. Le soufflage du gaz inerte empêche la formation de dépôts aux environs des électrodes, de sorte que rien ne vient gêner les contacts entre le métal fondu et celles-ci. La présente invention prévoit que le procédé soit mis en oeuvre à l'aide d'un récipient métallurgique dans le cas duquel des électrodes composites sont disposées les unes à côté des autres au même niveau et à des niveaux dif- férents les unes au-dessous des autres et sont réparties sur au moins une partie de la paroi du récipient, à des intervalles bien définis. 4 - Grâce au fait que, selon la présente invention, les électrodes composites sont disposées les unes à côté des autres au même niveau, on peut aisément déceler les con- tacts réalisés par l'intermédiaire de dépôts métalliques figés ou solidifiés En effet, la résistance de contact entre l'électrode et le dépôt est, en règle générale, net- tement supérieure à celle qui se produit au contact du métal fondu, et ce non seulement parce que le contact est meilleur, mais aussi parce que les températures dans la zone avant de l'électrode sont alors moins élevées, de sorte que la conductivité se trouve réduite. Selon la présente invention, on peut, à partir des résistances de contact entre les conducteurs électriques à bonne conductivité, tirer des conclusions sur la tempé- rature, ce qui fournit en même temps une indication sur le niveau de remplissage. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les électrodes composites se composent de bri- ques incorporées dans différentes couches d'usure de la paroi du récipient. Dans les récipients o le garnissage réfractaire su- bit une forte érosion sous l'action du liquide, tels que, par exemple, les convertisseurs LD, la disposition selon la présente invention, par laquelle les électrodes compo- sites sont incorporées dans différentes couches d'usure de la paroi du récipient, permet que les électrodes incorpo- rées dans la deuxième ou la troisième couche d'usure puis- sent ne jouer leur rôle que lorsque les couches situées devant elles sont usées Leur mise en action donne alors, en même temps, une information sur le degré de dégradation subi par le garnissage réfractaire. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, chaque électrode composite présente au moins un conducteur électrique composé de plusieurs fils de fer réunis pour former un toron ou une bande, conducteur qui est intégré sous forme de méandre ou en forme sinusoïdale dans un semi-conducteur qui constitue une brique. 2 % 04420 -5- Grâce à l'intégration ou incorporation selon la pré- sente invention, le risque de rupture du conducteur élec- trique est réduit à un minimum Les électrodes sont extrê- mement bon marché, de sorte que l'on peut en utiliser un nombre relativement grand sans accroissement notable du coût, ce qui permet de contrôler différentes hauteurs de bain et différentes profondeurs de corrosion, et de pro- céder à des mesures simultanées avec plusieurs électrodes. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, plusieurs conducteurs électriques, qui présen- tent deux par deux la même longueur, sont intégrés dans une brique. Grâce au mode de réalisation selon la présente in- vention, les résistances par rapport au métal fondu et celles qui interviennent entre les différents fils ou brins ou conducteurs fournissent des informations sur le niveau du métal fondu ainsi que sur la température et l'usure de la brique. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les électrodes composites peuvent être consti- tuées par des briques d'oxyde de zirconium avec des ad- ditions d'oxyde de calcium ou d'oxyde de titane, ce qui se traduit par une amélioration supplémentaire de la conduc- tivité électrique à de hautes températures Le conducteur électrique, dont les fils sont réunis en un toron ou une bande, reprend le transport de la charge dans les parties plus froides de la brique et, sur le côté froid, il est en contact avec un conducteur métallique. Enfin, un autre mode de réalisation de la présente invention prévoit en outre que les conducteurs électriques soient intégrés ou incorporés à l'intérieur d'une brique ou entre deux plaques constituant une brique. Dans le cas des briques dont la cuisson se fait avec oxydation, les conducteurs électriques peuvent tout d'abord être entièrement enrobés ou noyés dans la masse réfractaire, et n'être dégagés sur un côté qu'après la cuisson, et ce par sciage des têtes ou par un partage en deux moitiés des 6 - pièces façonnées Il est également possible de disposer les conducteurs entre deux plaques cuites d'une minceur appropriée Etant donné que les conducteurs en forme de toron sont relativement minces, le métal fondu n'y pénètre qu'à peine en cas d'usure. Pour des raisons de sécurité, on fixe la tension de mesure à de faibles valeurs, de préférence inférieures à la tension de contact admissible de 42 V L'alimentation en courant a lieu à partir du réseau ou de batteries, par l'intermédiaire d'un transformateur de découplage Le trai- tement des valeurs mesurées doit être adapté aux exigences particulières du cas considéré Des appareils appropriés sont disponibles pour chaque application, depuis le simple interrupteur à valeur de seuil jusqu'au microprocesseur. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation d'une électrode composite selon la présente invention, pris comme exemples non limitatifs et illustrés, en coupe transversale, par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue d'une électrode composite simple; et la figure 2 est une vue d'une électrode composite équipée de plusieurs conducteurs électriques. Ainsi que le montre la figure 1, l'électrode compo- site 1 peut être constituéepar une brique rectangulaire 2, qui est conductrice de l'électricité et est gainée ou che- misée dans une masse 3 peu conductrice, de telle sorte qu'un côté 4 seulement de la brique 2 soit dégagé vers la face interne d'un récipient métallurgique non représenté et complète par le fait le garnissage réfractaire du réci- pient. Dans la brique 2 est intégré un conducteur électri- que 5 composé de plusieurs fils ou brins assemblés, les extrémités libres des brins étant pointées vers la paroi intérieure du récipient Un conducteur métallique 5 ', relié au conducteur électrique 5, passe vers le côté extérieur froid du récipient et est raccordé à une alimentation en -7- courant par l'intermédiaire d'un transformateur non repré- senté. Ainsi que le montre la figure 2, des paires de con- ducteurs 7 à 10 sont incorporées ou intégrées dans une brique 6, les conducteurs de chaque paire présentant la même longueur, mais la longueur étant différente selon les paires. Les électrodes composites 1 sont incorporées, avec la gaine ou l'enveloppe 3, ou dans une enveloppe équiva- lente, dans le garnissage réfractaire A partir des résis- tances entre les différents conducteurs électriques, on peut tirer des conclusions sur le niveau de remplissage d'un récipient métallurgique, ainsi que sur la tempéra- ture et le degré d'usure du garnissage réfractaire de ce récipient. 2 z 04420 -8- REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du niveau de remplissage et/ou de la température et/ou de l'usure dans ou sur des réci- pients métallurgiques garnis de matériaux réfractaires, caractérisé en ce que l'on utilise, en différents points du garnissage réfractaire du récipient, des électrodes composites constituées par des semi-conducteurs réfractai- res chemisés dans une masse peu conductrice et présentant eux-mêmes une conductivité supérieure, et par des conduc- teurs électriques reliés à une source de courant et encas- trés ou intégrés dans lesdits semi-conducteurs, ceci de telle façon que la présence de scories ou de laitier ou d'acier, la répartition des températures à l'intérieur de la masse et le degré d'usure de celle-ci puissent être in- diqués par l'intermédiaire des résistances de dérivation des conducteurs électriques ainsi que par l'intermédiaire des résistances entre les différents conducteurs électri- ques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que du gaz inerte est introduit par soufflage à travers les électrodes composites ou à travers une brique d'injec- tion disposée sous chaque électrode composite. 3. Récipient métallurgique destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes composites ( 1) sont disposées les unes à côté des autres au même niveau et à des niveaux dif- férents les unes au-dessous des autres et sont réparties sur au moins une partie de la paroi du récipient, à des in- tervalles bien définis. 4 Récipient selon la revendication 3, caractérisé en ce que les électrodes composites ( 1) sont incorporées dans différentes couches d'usure de la paroi du récipient. 5. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que chaque électrode compo- site ( 1) présente au moins un conducteur électrique ( 5) composé de plusieurs fils de fer réunis pour former un toron -9- ou une bande, conducteur qui est intégré sous forme de mé- andre ou en forme sinusoïdale dans un semi-conducteur qui constitue une brique ( 2). 6. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que plusieurs conducteurs électriques ( 5), qui présentent deux par deux la même lon- gueur, sont intégrés dans une brique ( 2). 7. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 6, caractérisé en ce que les électrodes composi- tes ( 1) sont constituées par des briques d'oxyde de zirco- nium avec des additions d'oxyde de calcium ou d'oxyde de titane. 8. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 7, caractérisé en ce que les conducteurs électri- ques ( 5) sont intégrés ou incorporés à l'intérieur d'une brique ( 2) ou entre deux plaques constituant une brique.