Brevet FR2648564A1 — publié le 19901221

i TJ.a présente invention a pour objet un procédé et un -dispositif pour mesurer l'instabilité d'un arc dans un four électrique de traitement de métal liquide., notamment dans une aciérie. On sait que les caractéristiques de l'arc d'un four électrique sont susceptibles de varier durant une élaboration de métal liquide. Par ailleurs, le laitier qui. surnage au- dessus du bain de métal liquide subit, durant l'af- finage de l'acier, un moussage provoqué par les réactions chimiques dans le métal liquide et dans le laitier, consécutives à l'injection d'oxygène et de charbon par des lances respectivement dans le métal liquide et dans le laitier. En effet, l'injection d'oxygène provoque la formation d'oxyde de fer qui passe dans le laitier, o.l'injection de charbon provoque la formation d"oxyde de carbone qui fait mousser le laitier. L'arc est donc plus ou moins immergé dans la couche de laitier pendant le processus d'affinage. Or, on a constaté qu'il existe une corré- lation entre la distorsion de l'intensité du courant dans l'arc électrique et le moussage du laitier. En effet, le moussage influe sur les caractéristiques de l'arc électrique, à savoir sa tension et l'intensité du courant. L'invention a donc également pour objet de permettre la conduite du processus dans le four à partir de l'évolution du moussage du laitier. Le procédé conforme à l'invention est ainsi caractérisé en ce que: - on capte un signal représentant la dérivée de l'in- tensité du courant dans l'arc, - on amplifie le signal capté, Z648564 - on achemine le signal amplifié simultanément dans deux filtres passebande respectivement a bande'large haute fréquence et à bande étroite centrée sur une basse fréquence fondamentale. - on transmet les signaux issus des filtres.à des extracteurs de valeur efficace, - on élabore au moyen d'un mudule diviseur un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande'large et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite, - et on affiche le signal énergétique proportionnel obtenu sur une échelle o il est exprimé en pourcen- tage, ce pourcentage étant indicatif de la tenue de 1'arc, significatif de la phase d'élaboration. Dans le cas o la couche de laitier subit effectivement un moussage durant leprocessus, l'arc étant ainsi immergé dans la mousse, on utilise le signal énergétique proportionnel obtenu comme indi- cateur du degré d'immersion de l'arc dans le laitier moussant, la valeur dudit signal tendant vers un minimum lorsque le moussage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc. On mesure ainsi la distorsion harmonique du courant, qui constitue une image de la stabilité de l'arc, améliorée lorsque celui-ci est immergé dans la mousse. Les opérateurs conduisant la marche du four disposent alors d'un indicateur leur permettant des réglages en temps réel, d'homogénéiser les consignes entre les équipes, et de fournir un indicateur pour la maitrise statistique des procédés.. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend: - un capteur d'un signal représentant la dérivée de l'intensité du courant passant dans '1 arc, - un amplificateur dudit signal, - deux filtres passe-bande reliés à l'amplificateur, dont l'un est à bande large haute fréquence et'l'autre à bande étroite centrée sur une basse fréquence fonda- mentale, - deux extracteurs de valeur efficace reliés respecti- vement aux filtres précités, - un module diviseur relié aux extracteurs et capable d'élaborer un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite, - un organe d'affichage en pourcentage du signal éner- gétique proportionnel délivré par le module diviseur, - et une liaison éventuelle avec un calculateur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront- au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé qui en illustre une f9rme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un four électrique d'élaboration de métal liquide. La figure 2 est un schéma synoptique du dispositif de mise en oeuvre du procédé de mesure de l'instabilité de l'arc du four électrique de la Fig.1. Le four électrique 1 de la Fig.1 comporte une électrode 2 et contient un bain de métal liquide M. Au dessus du-métal liquide M se trouve durant le processus une couche L de laitier, traversée à un degré variable par l'arc électrique 3. Des lances non représentées, symbolisées par- les flèches traversant la paroi du four 1, permettent l'injection respectivement d'oxygène dans le métal liquide M et de charbon dans le laitier L. Ces injec- tions provoquent des réactions chimiques dans le bain et dans le laitier, qui à leur tour provoquent un moussage de ce dernier, à l'intérieur duquel est donc immergé plus ou moins l'arc 3, ce qui influe sur la tension et le courant dans l'arc. Pour suivre l'évolution du moussage du laitier L et ainsi permettre des interventions en cours de processus, l'invention prévoit un système électrique dont le circuit est représenté à la Fig.2. Ce dispositif de mesure comprend ainsi: - un capteur 4 d'un signal représentant la dérivée de l'intensité di/dt du courant passant par l'arc, mesu- rée sur l'un des conducteurs du circuit secondaire du four, - un amplificateur 5 du signal fourni par le capteur 4, - deux filtres passebande reliés à l'amplificateur 5, dont l'un 6 est à bande large haute fréquence et l'autre 7 à bande étroite centrée sur une basse fréquence fondamentale, - deux extracteurs de valeur efficace 8, 9 reliés res- pectivement aux filtres précités 6 et 7, - un module diviseur 11 relié aux extracteurs 6, 7 et capable d'élaborer un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre.& bande large 6 et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite 7; - et enfin un organe 12 d'affichage en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur 11. Le capteur 4 est du type inductif, par exemple tore de Robowski, c'est-àdire un ampèremètre électromagnétique pouvant mesurer la dérivée du cou- rant, et ses harmoniques. L'amplificateur 5 est un amplificateur d'isolement, par exemple à séparation galvanique. Les filtres 6 et 7 dissocient le signal d'origine en deux branches dans chaque filtre. Le filtre 6 peut ainsi être un passe-bande de 500 à 1000Hz à pente voisine de 50dB/octave, tandis que le filtre 7 est à bande étroite centrée sur une basse fréquence par exemple 50Hz. les deux filtres 6 et 7 réalisent ainsi la -séparation entre la composante fréquentielle fondamentale à 50Hz et les composantes fréquentielles situées dans la bande 500 à 1000Hz. La valeur énergétique des deux signaux issus des deux filtres 6, 7 est obtenue par les deux extrac- teurs 8, 9 de valeur efficace, dont les caractéris- tiques -sont identiques ("root mean square"). Les extracteurs 8 et 9 reçoivent à l'entrée des signaux alternatifs et délivrent des signaux continus, et doivent avoir rigoureusement les mêmes caractéris- tiques d'intégration. Le diviseur 11 calcule le rapport des valeurs énergétiques des signaux fournis par les extracteurs 8 et 9, le résultat de ce calcul étant affiché sur l'organe 12. Le signal fourni par le diviseur 11 peut être considéré comme un indicateur de moussage du laitier L, du fait que sa valeur tend vers un minimum lorsque le moussage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc 3. Ainsi la valeur du quotient déli- vré par le diviseur 11 est minimum lorsque le moussage est maximum (l'arc 3 étant complètement enveloppé de - mousse) et inversement. Ceci peut se comprendre par le fait que le développement du moussage provoque une diminution des harmoniques du courant, qui provoque à son tour une diminution du rapport du signal énergétique délivré par l'extracteur 8 au signal énergétique délivré par l'extracteur 9. Bien entendu, la zone 500-1000Hz donnée ci-dessus n'est fournie qu'à titre d'exemple, car pour *5 un bain de métal liquide M elle est la plus riche en informations. En dehors de cette bande, plus on s'approche de la fréquence fondamentale, plus doit être utilisé un filtre à pente raide. C'est pourquoi on choisit une fenêtre de fréquence appropriée. Le plafond de 1000Hz s'est révélé dans l'exemple donné approprié, car au-delà d'une certaine fréquence (qui peut être différente de 1000Hz, par exemple 2000Hz) les informations supplémentaires obtenues ne sont plus utiles. Les résultats fournis par l'indicateur 12 peuvent être utilisés de la manière suivante: 1. Pour le réglage en temps réel du four 1 par l'opérateur de contrôle. En effet si le signal de l'organe 12 est maximum, cela signifie que l'arc 3 est très peu immergé dans la mousse et que s'impose un réglage de la marche du four, par exemple un position- nement différent des lances d'injection d'oxygène et de charbon, ou un réglage des débits d'injection. 2. Optimisation de la marche du four. Il est possible de fournir à l'indicateur 12 des valeurs de consigne auxquelles seront liés des ordres d'interven- tion déterminés, pour le réglage de certains-paramè- tres en fonction des valeurs enregistrées. En l'absence de moussage du laitier L, le procédé selon l'invention permet de suivre la tenue de l'arc 3, qui est influencée par d'autres paramètres que le moussage. Ainsi par exemple pendant les phases de fusion des paniers de ferrailles à partir d'un pourcentage donné, par exemple 50%, de l'indicateur 12, on saura que le four est en fin de fusion, et qu'il faut alors le recharger pour conserver un rendement maximum. Le procédé peut ainsi être mis à profit pour maintenir les caractéristiques de l'arc à des valeurs constantes. On notera que le filtre 6, dans.l'exemple indicatif donné ci-dessus, peut être en fait constitué par une succession de deux. filtres à deux cellules, le premier étant passe bas 1000Hz et le second étant passe haut 500Hz. Le gain est réglé à O ou 20dB, seule la première cellule étant réglée à 20dB pour la comp- tabilité des signaux sur le diviseur 11. Toutefois un seul filtre 6 peut suffire, avec une première cellule réglée à 1000Hz et une deuxième cellule réglée à 500Hz, et le gain de l'une des deux à 20dB. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer l'instabilité d'un arc (3) dans un four électrique (1) de traitement d'un métal liquide, caractérisé en ce que: - on capte un signal représentant la dérivée (di/dt) de l'intensité du courant dans l'arc, - on amplifie le signal capté, - on achemine le signal amplifié simultanément dans deux filtres passe-bande (6,7) respectivement à bande large haute fréquence (6) et à bande étroite centrée sur une basse fréquence fondamentale (7), - on transmet les signaux issus des filtres (6,7) à des extracteurs (8,9) de valeur efficace, - on élabore au moyen d'un module diviseur (11) un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large (6) et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite (7), - et on affiche le signal énergétique proportionnel obtenu sur une échelle (12) o il est exprimé en pour- centage, ce pourcentage étant indicatif de la tenue de l'arc, significatif de la phase d'élaboration. 2. Procédé selon la revendication 1, mise en oeuvre dans un four o le bain de métal liquide (M) est recouvert d'une couche de laitier moussant (L) partiellement au moins traversée par l'arc (3), carac- térisé en ce qu'on utilise le signal énergétique pro- portionnel obtenu comme indicateur du degré d'immer- sion de l'arc (3) dans le laitier moussant (L), la valeur dudit signal tendant vers un minimum lorsque le moussage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce qu'il comprend: - un capteur (4) d'un signal représentant la dérivée (di/dt) de l'intensité du courant passant dans l'arc (3), - un amplificateur (5) dudit signal, - deux filtres passe-bande (6,7) reliés à l'amplifi- cateur (5), dont l'un (6) est à bande large haute fréquence et l'autre (7) à bande étroite centrée sur une basse fréquence fondamentale, - deux extracteurs de valeur efficace (8,9) reliés O respectivement aux filtres précités (6,7), - un module diviseur (11) relié aux extracteurs (8,9) et capable d'élaborer un signal énergétique propor- tionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large (6) et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite (7), - un organe d'affichage (12) en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur (11), - et une liaison éventuelle avec un calculateur. 4. Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que le capteur (4) est du type induc- tif, par exemple un tore de Robowski. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'amplificateur (5) est d'isolement, par exemple à séparation galvanique. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le filtre à bande large (6) peut isoler une bande comprise entre 500 et 1000Hz environ, et le filtre à bande étroite (7) peut isoler une bande centrée sur une fréquence fondamentale de Hz. 7. Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que les extracteurs de valeur efficace (8,9) ont des caractéristiques identiques.