Brevet FR2596416A1 — publié le 19871002

- 1 PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DU POSITIONNEMENT D'UNE LANCE D'INJECTION DANS UN RECIPIENT METALLURGIQUE L'invention concerne le réglage de la position d'une lance d'injection à l'interface laitier-métal dans un récipient métal05 lurgique, notamment dans un four à arc à courant continu. Dans ce qui suit, on se refèrera par commodité au cas du four à arcs, étant entendu que l'invention est d'application générale à tout récipient métallurgique, c'est-à-dire à tout récipient destiné à contenir un bain métallique, tel que de 10 l'acier en fusion surmonté par une couche de laitier. Il est connu, lors de la décarburation de l'acier au four à arcs, d'insuffler de l'oxygène à l'aide d'une lance du type considéré ici. Cet oxygène doit être insufflé au niveau de l'interface laitiermétal pour éviter une consommation excessive 15 de la lance et améliorer le bullage du laitier, lequel en entourant mieux l'arc réduit les pertes d'énergie et l'érosion. La consommation progressive de l'extrémité de la lance dans le bain métallique oblige à enfoncer celle-ci au fur et à mesure du processus d'élaboration, au moyen du chariot sur 20 lequel la lance est montée. Dans les -installations traditionnelles, le réglage de l'enfoncement se fait empiriquement en fonction d'une estimation de l'opérateur. On connait cependant, d'après le document EP-A-0104747 25 (British Steel Corp) un système de réglage automatique à partir d'un capteur acoustique placé à proximité du four. Mais, les niveaux sonores d'un four à arc, comme leurs variations, ont d'autres causes que la seule position de la lance et il n'est pas simple de la différencier, même à l'aide d'un filtrage des 30 fréquences d'écoute. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif qui permettent de contrôler avec précision et fiabilité la position de l'extrémité de la lance par rapport A l'interface métallaitier au fur et à mesure de son usure, et donc de pouvoir 35 corriger le positionnement avec exactitude et même automatiquement. Selon l'invention, le procédé de contrôle du positionnement d'une lance d'injection à l'interface laitier-métal dans un récipient métallurgique, notamment un four à arcs, est caractérisé en ce qu'oni boucle un circuit électrique comprenant la lance, le bain métallique et une borne de contact permanent avec ce dernier, on détecte les variations de résistance électrique 05 de ce circuit au moyen d'un dispositif de détection et, en fonction du signal représentatif de ces variations, on agit le cas échéant sur la position de la lance. Cette détection, basée sur la mauvaise conductivité électrique du laitier comparé au i métal, est directement utilisée pour régler la position de la lance, o soit par un opérateur, soit de préférence, automatiquement. Dans ce cas, la détection d'une augmentation importante de résistance, traduisant l'éloignement de la lance de l'interface par consommation, déclenche des moyens moteurs équipant le chariot porte-lance; la détection subséquente d'une diminution brusque 15 de résistance (retour à la normale) entraîne l'arrêt du chariot. L'invention s'applique aussi bien au cas o la lance ne doit pas exactement être positionnée a l'interface métal-laitier en fonctionnement. Le procédé de l'invention permet de détecter la position de l'interface, laquelle sert de référence: on 20 peut ensuite enfoncer la lance d'une manière prédéterminée (par une programmation adéquate des moyens moteurs du chariot portelance). Afin de corriger au bout d'un certain temps le positionnement de la lance enfoncée qui s'est partiellement consommée, il suffit de remonter la lance et chercher à nouveau l'interface 25 pour ensuite enfoncer la lance à la profondeur prédéterminée. Le dispositif de contrêle conforme à l'invention comprend donc un circuit électrique bouclé sur la lance, le bain métallique et la borne de contact permanent avec le bain et une unité de détection des variations de résistance électrique dudit circuit 30 électrique. Dans une variante de réalisation adaptée aux fours à arcs à courant continu, la borne de contact est constituée parl'électrode de sole elle même, et un transformateur, ou tout autre moyen analogue, est prévu entre le circuit électrique et l'unité 35 de détection afin d'isoler ce dernier du circuit de puissance du four, dont l'électrode de sole est l'un des éléments. De plus, dans cd cas, l'amplification de la résistance du circuit électrique de mesure par le carré du rapport de transformation entraîne une meilleure sensibilité de détection. On aura compris 05 que l'invention tire ainsi parti de la présence de l'électrode de sole qui équipe la plupart des fours à arcs à courant continu (DE-OS-2637632; FR-B-350524; FR-A-2566984). Le dispositif de détection comporte avantageusement un pont de Wheatstone dont le déséquilibre consécutif à l'augmenta10 tion de la résistance dans le circuit mesuré est détecté, amplifié et traité de manière à pouvoir servir d'alarme ou de déclenchement - du mouvement du chariot porte-lance. L'injection d'un signal alternatif dans le circuit de détection, et via le transformateur, dans le circuit à mesurer, 5 permet d'extraire par filtrage du signal mesuré, la part relative à la mesure de la résistance. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante d'un mode préféré de réalisation. Il sera fait référence à la figure unique annexée, qui représente 20 un schéma de montage du dispositif de l'invention. On y voit, représenté très grossièrement, le four électrique 1 équipé d'au moins une cathode 2 surmontant le bain métallique, et d'une anode de sole 3 au fond du four. Les électrodes 2 et 3 sont reliées par des lignes 4 à une alimentation convenable 25 en courant continu. En service, un arc électrique 5 est crée entre les électrodes et à travers le bain métallique, composé de métal liquide 6 et du laitier surnageant 7. Une lance d'injection 8 en acier garni de réfractaire est montée de manière appropriée sur un chariot de-positionnement 30 9 motorisé, de manière à pouvoir régler l'enfoncement exact de la lance dans le bain métallique. Cette lance insuffle, à l'interface 10 métal-laitier, de l'oxygène 11 grâce à une alimentation non représentée. Selon l'invention, on boucle un circuit 12 comprenant 35 la lance 8, le bain métallique 6, 7 et l'électrode de sole 3, ou du moins une partie de chacun de ces éléments. La résistance de cette boucle varie essentiellement en fonction de la position de l'extrémité de la lance 8 par rapport à l'interface 10, les autres éléments de circuit ne variant pas. L'unité de détection 13 est constituée par un pont de Wheatstone alimenté en courant alternatif (sous une tension de 200 V par exemple). Une branche 14 du pont est couplée au circuit 12 par un transformateur 15. L'équilibre du pont peut être réglé par la résistance variable 16 en début de mesure. 10 On recueille en 17 la tension d'erreur aux bornes du pont, laquelle est amplifiée par l'amplificateur 18. Le signal sortant est filtré par le filtre 19 destiné à ne conserver que les oscillations propres du circuit de détection 13 à l'exclusion des oscillations parasites éventuellement induites par le voisinage 15 du circuit de puissance du four. Le signal sortant est traité en 20 de manière à fournir une valeur efficace indicative du déséquilibre du pont. Cette valeur efficace peut être traitée, enregistrée et visualisée en 21, ou être signalée par tout dispositif approprié: alarme sonore, etc., permettant de prendre 20 conscience du mauvais positionnement de la lance et d'y remédier De préférence, le réglage se fait automatiquement: le signal de déséquilibre est traité en 22 pour fournir un signal d'instruction au moteur du chariot 9 de la lance. Comme l'interface 10 est une surface elle-même agitée, 25 le signal enregistré en détection oscille constamment autour d'une valeur d'équilibre avec une faible amplitude. En revanche, dès que l'extrémité de la lance quitte l'interface 10, une transition de forte amplitude est détectée. Aussi, les instructions de positionnement peuvent-elles n'être données que pour la détec30 tion d'une variation d'amplitude supérieure à une valeur de consigne prédéterminée elle-même supérieure aux oscillations normales autour de la valeur d'équilibre. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du positionnement d'une lance d'injection à l'interface laitier-métal dans un récipient métallurgique caractérisé en ce qu'on boucle un circuit électrique (12) compre05 nant la lance (8), le bain métallique (6, 7) et une borne (3) de contact permanent avec ledit bain, et on détecte les variations de résistance électrique de ce circuit (12) au moyen d'une unité de détection (13). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 qu'on règle la position de 'la lance (8) en fonction de cette détection. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on l'applique à un four à arcs à courant continu, la borne (3) de contact permanent avec le bain 15 métallique étant constituée par l'électrode de sole. 4. Dispositif de contrôle du positionnement d'une lance d'injection à l'interface laitier-métal dans un récipient métallurgique, caractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit électrique (12) bouclé sur la lance (8), 20 le bain métallique (6, 7) et une borne (3) de contact permanent avec ledit bain, - et une unité de détection (13) des variations de résistance électrique dudit circuit électrique (12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en 25 ce que l'unité de détection (13) est couplé audit circuit (12) par un transformateur (15) . 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'unité de détection comporte un pont de Wheatstone (13) dont une branche (14) comprend un bobinage dudit transformateur 30 (15). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que la borne (3) de contact permanent avec le bain métallique est constituée par l'électrode de sole d'un four à arcs à courant continu, ledit four constituant ledit récipient métallurgique. 35 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'unité de détection est associée à un dispositif de commande (18-22) du mouvement d'un chariot (9) porte-lance.