Brevet FR2616540A3 — publié le 19881216

FR 2616540 A3 19881216 FR 8708074 A 19870610 L'invention concerne le contrôle des paramètres technologiques de la fusion de la fonte et de l'acier et plus particulièrement un dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal liquide. L'utilisation la plus efficace de la présente invention est la mesure de la température, la détermination de la teneur en carbone et la prise d'échantillon du métal durant la fabrication de l'acier par un procédé au convertisseur, Un autre domaine de l'utilisation de la présente invention est l'électrométallurgie. A l'heure actuelle, pour contrôler les paramètres technologiques de la fusion dans un convertisseur, on utilise des dispositifs permettant de mesurer la température de l'acier liquide avec une précision de T = +8 à 140C et la teneur en carbone avec une précision de C = +0,05 à 0,09%. Mais à mesure du perfectionnement de la technologie dans la sidérurgie et de la fabrication de nouvelles nuances d'acier, les exigences sur la précision de la mesure de la température de l'acier et de sa teneur en carbone deviennent plus rigoureuses. La part des fusions réalisées sans inclinaison préalable du convertisseur pour mesurer la température du métal et prendre l'échantillon à une température donnée et une teneur en carbone donnée est de 80%. Ceci ne peut satisfaire aux exigences croissantes quant à la qualité du métal fabriqué. Les inclinaisons préalables du convertisseur et les ressoufflages ultérieurs de l'oxygène dans le métal augmentent la durée de la fusion, ce qui diminue le rendement du convertisseur. Il existe un dispositif de détermination de la teneur en carbone dans le métal liquide suivant la courbe du liquidus de température comportant un échantillonneur sous la forme d'une bouteille en quartz fixée à une barre refroidie à l'eau et munie d'un orifice à l'about de service, un thermocouple dont la jonction se trouve dans la cavité de l'échantillonneur et une coiffe métallique de protection (SU, A,341838). L'inconvénient du dispositifconnu est une haute erreur à la mesure de la température et, par conséquent, de la teneur en carbone dans le métal liquide. L'erreur est due à une évacuation de chaleur non régulière à partir de l'échantillon du métal dans l'échantillonneur durant sa cristallisation et à la non-coincidence de la jonction du thermocouple à l'intérieur de l'échantillonneur avec le centre de cristallisation de l'échantillon du métal. Outre cela, le matériau de la coiffe de protection fond et coule avec le métal liquide dans la ca ité de l'échantil- lonneur et introduisant ainsi une erreur supplémentaire dans la mesure de la température de cristallisation et, par conséquent, dans la détermination de la teneur en carbone du métal. Le plus proche quant à l'essence technique et l'effet obtenu de l'invention revendiquée est un dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal liquide qui comporte un échantillonneur et un détecteur de température (SU, A, 376967). Le détecteur de température est réalisé sous la forme d'un thermocouple à chemise protectrice encastré dans l'échantillonneur cylindrique en quartz pour mesurer la température du bain du métal fondu et la température de cristallisation de l'échantillon du métal. L'échantillonneur avec thermocouple est fixé au bout de la chemise en carton. L'inconvénient de ce dispositif est une faible précision de détermination de la température de cristallisation de l'échantillon du métal liquide et, par conséquent, de la teneur en carbone du métal. L'erreur de mesure est due au fait que,dans l'échantillonneur cylindrique il est pratiquement impossible de faire coincider la jonction du thermocouple avec le centre de cristallisation de l'échantillon du métal par suite de l'évacuation irrégulière de chaleur, alors que le front de cristallisation de l'échantillon du métal se déplace au refroidissement d'une façon non uniforme par rapport à la jonction du thermocouple. Aux faibles gradients de température, la longueur de la ligne du liquide de l'échantillon est inférieure à la longueur de la ligne du liquidus réelle et aux hauts gradients de température, cette ligne est difficilement détectable sur la courbe de la température du métal en fonction du temps. Par conséquent, apparaissent des erreurs notables à la mesure de température et de'la teneur en carbone. L'inconvénient du dispositif réside également dans le fait qu'il ne permet qu'une mesure unique de la température du métal liquide et de la teneur en carbone parce qu'il n'assure pas la prise de l'échantillon de l'échantillonneur sans la destruction de ce dernier. Le présent inconvénient est caractéristique d'autres dispositifs connus où l'échantillonneur est métallique. Le but de la présente invention est de créer un dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal liquide où la construction de l'échantillonneur permettrait de faire coincîder le centre de cristallisation de l'échantillon du métal avec la soudure du thermocouple. Le but est obtenu du fait que dans le dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal qui comporte une barre portant un échantillonneur avec un thermocouple placé sous chemise protectrice, conformément à l'invention, l'échantillonneur est sphérique et la soudure du thermocouple se trouve au centre de la sphère. L'invention revendiquée permet d'élever la précision de mesure de la température du métal et de la teneur en carbone. Ceci est obtenu en régularisant l'évacuation de la chaleur par rapport à l'endroit de la disposition de la soudure du thermocuple durant la cristallisation, alors que le front de cristallisation se propage symétriquement par rapport à la soudure du thermocouple. Ainsi, la ligne du liquidus sur la courbe de température correspondra à la température réelle de cristallisation de l'échantillon du métal. Dans la variante préférable de réalisation de l'invention, l'échantillonneur est démontable. Une telle construction permet d'enlever l'échantillon du métal sans détruire l'échantillonneur si ce dernier est en acier et de l'utiliser plusieurs fois pour des mesures utitérieures. L'utilisation multiple de l'échantillonneur métallique démontable permet de réduire notablement son prix de revient par rapport aux dispositifs connus. Il est pratique de réaliser l'échantillonneur démontable suivant son axe central. Une telle construction de ltéchan- tillonneur est la plus simple à la fabrication et la plus fiable à l'utilisation parce que les moitiés identiques de l'échantillonneur peuvent être réalisées par emboutissage. Outre cela, une telle construction n'a pas d'écarts axiaux des moitiés de l'échantillonneur lors d'actions mécaniques et exclut la destruction de l'échantillonneur aux chocs contre le laitier ou le métal à la différence des échantillonneurs en quartz, en céramique, etc. L'invention ressortira de la description ultérieure d'un exemple concret non limitatif d'exécution schématisé sur les dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal liquide, objet de l'invention (coupe longitudinale) - la figure 2 représente une variante d'exécution de l'échantillonneur, objet de l'invention - la figure 3 représente la courbe de la température du métal liquide en fonction du temps - la figure 4 représente le processus de cristallisation du métal dans l'échantillonneur du dispositif, objet de l'invention. Le dispositif comporte une barre 1 (figure 1) refroidie à l'eau à laquelle est fixé, à l'aide d'un cordon en amiante 2, un échantilloneur sphérique 3. L'échantillonneur sphérique 3 est fabriqué en acier (épaisseur de la paroi de 5 à 6 mm). L'échantillonneur 3 peut être fabriqué en d'autres matériaux (par exemple, quartz, magnésite, oxyde de zirconium, etc.). L'échantillonneur 3. est réalisé démontable suivant son axe central et comporte deux moitiés reliées par des goujons 3' (figure 2). La surface extérieure de l'échantillonneur 3 porte un revêtement protecteur refractaire 4. En tant que matériau du revêtement protecteur réfractaire 4, on peut utiliser un mélange contenant 50% d'amiante broyée et 50% d'argile réfractaire, ainsi que l'amiante ou le carton. Afin d'exclure le soudage de l'échantillon du métal aux parois de l'échantillonneur 3, on y porte une couche 5 de lait de chaux Ca(OH)2 à l'épaisseur G = 0,4 à 0,6mm ou une couche d'alumine Al203. Un thermocouple 6 est installé sous une chemise en quartz 7, alors que sa soudure 8 se trouve au centre de l'échantillonneur 3 et sert à mesurer la température du métal et la température de cristallisation (ligne du liquidus). Un bout de fil 9 en aluminium sous forme d'un boudin disposé à l'intérieur de l'échantillonneur 3 sur la chemise 7 sert à la désoxydation de l'échantillon de métal. Des orifices 10 disposés dans la gorge de l'échantillonneur 3 sont fermés par des couvercles 11 métalliques facilement fusibles et servent au remplissage de la cavité de l'échantillonneur 3 en métal liquide. Dans la gorge de l'échantillonneur 3 se trouve un anneau métallique 12 interdisant la pénétration du métal liquide à l'intérieur de la barre 1 refroidie à l'eau. L'anneau 12 peut être fabriqué en un matériau réfractaire (par exemple, magnésite, oxyde de zirconium, etc.). Le thermocouple 6 est relié à un enregistreur 13 à l'aide de connecteurs fiches 14, des connecteurs prises 15 et des conducteurs compensateurs 16. Afin de-réaliser les mesures, on doit assembler le dispositif. Avant l'assemblage de l'échantillonneur 3, la surface intérieure de ses deux moitiés est couverte de la couche 5 de lait de chaux ou d'alumine à l'épaisseur 6 = 0,4 à 0,6mm afin d'éviter le soudage de l'échantillon du métal aux parois de l'échantillonneur 3. En reliant les deux moitiés de l'échantillonneur 3 à l'aide des goujons 3', on porte sur sa surface extérieure un revêtement protecteur 4 réfractaire d'une épaisseur de 3 à 4mm qui protège l'échantillonneur métallique 3 contre la destruction à son immersion dans le métal liquide. Les orifices 10 sont fermés par les couvercles métalliques il facilement fusibles. Ensuite, on met sur la chemise en quartz 7, l'anneau métallique 12 et on les introduit dans l'échantillonneur 3 de façon à placer la soudure 8 du thermocouple 6, se trouvant à l'intérieur de la chemise en quartz 7, au centre de l'échantillonneur 3.Ensuite, l'échantillonneur 3 est fixé à l'aide du cordon en amiante 2 sur la barre 1 refroidie à l'eau de façon que les fiches 14 du thermocouple 6 entrent dans la prise 15 à l'intérieur de la barre 1 refroidie à l'eau en assurant un contact fiable entre le thermocouple 6 et l'enregistreur 13 via les conducteurs compensateurs 16. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Sur l'ordre de l'opérateur, le dispositif est introduit à l'aide d'un treuil électrique (n'est pas montré sur le dessin) dans le bain d'acier en fusion (n'est pas montré sur le dessin). Après le passage de la couche de laitier et l'entrée de l'échantillonneur 3 dans le métal liquide, les couvercles métalliques 11 facilement fusibles fondent et la cavité de l'échantillonneur 3 se remplit de métal liquide à travers les orifices 10. Au remplissage de l'échantillonneur 3 en métal liquide, ce dernier est désoxydé par le bout de fil 9 en aluminium et le thermocouple 6 mesure sa température. La température du métal fondu est enregistrée suivant le point maximal N sur la courbe de la température du métal fondu en fonction du temps (figure 3).Ensuite, on donne l'ordre de lever le dispositif et la barre 1 refroidie à l'eau portant l'échantillonneur 3 est sortie du métal. Le métal liquide se trouvant à l'intérieur de l'échantillonneur 3 se cristallise. Sur la figure 4 est montré le processus de cristallisation du métal dans l'échantillonneur 3. La figure 4 démontre que le front de cristallisation dè l'échantillon de métal se propage uniformément de la périphérie de l'échantillonneur 3 vers son centre. La cristallisation de l'échantillon de métal se termine au centre de l'échantillonneur 3 où se trouve la soudure 8 du thermocouple 6. L'enregistreur 13 enregistre la modification de la température de l'échantil lon de métal durcissant. La ligne L du liquidus sur la courbe dans la figure 3 correspond à la température de cristallisation du métal. D'après la température de cristallisation et le diagramme connu de l'état fer-carbone, on détermine la teneur en carbone du métal. Après la mesure, l'échantillonneur 3 est enlevé de la barre 1 refroidie à l'eau, est démonté, on en elève l'échan- tillon de métal envoyé par dispositif pneumatique dans le laboratoire pour réaliser une analyse complète en carbone C, manganèse Mn, silicium Si, phosphore P, soufre S. Les données de mesure du carbone C obtenues en laboratoire sont comparées aux données des mesures obtenues à l'aide du dispositif revendiqué. L'échantillonneur métallique démontable peut être utilisé de 8 à 10 fois. Si l'échantillonneur est en quartz ou en céramique on ne l'utilise qu'une seule fois. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal du type comportant une barre portant un échantillonneur avec un thermocouple placé sous une chemise protectrice, caractérisé en ce que l'échantillonneur (3) est sphérique et la soudure (8) du thermocouple (6) est placée au centre de la sphère. 2. Dispositif, selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'échantillonneur (3) est démontable. 3. Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ltéchantillonneur (3) est démontable suivant son axe central.