Brevet FR2670571A3 — publié le 19920619

FR 2670571 A3 19920619 FR 9015620 A 19901213 La 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, spécialement dans le cas d'un four à arc à courant continu. 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 audessus du bain de métal liquide subit, durant l'af fi- nage 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, où 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 corrélation entre la distorsion de la tension aux bornes de l'arc électrique à courant continu et le moussage du laitier. En effet, le moussage influe sur les caractéristiques de l'arc électrique, à savoir essentiellement sa tension et par contre-coup l'intesité 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 tension instantanée aux bornes de l'arc, - on achemine le signal simultanément dans deux filtres passe-bande respectivement à bande large haute fréquence excluant la composante continue et à bande large incluant la composante continuer - on transmet les signaux issus des filtres à des extracteurs de valeur efficace - on élabore au moyen d'un module diviseur un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large excluant la composante continue et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue, - et on affiche le signal énergétique proportionnel obtenu sur une échelle où il est exprimé en pourcentage, ce pourcentage étant indicatif de la tenue de l'arc, significatif de la phase d'élaboration. Dans le cas où la couche de laitier subit effectivement un moussage durant le processus, l'arc étant ainsi immergé dans la mousse, on utilise le signal énergétique proportionnel obtenu comme indicateur du degré d'immersion de l'arc dans le laitier moussant, la valeur dudit signal tendant vers un minimum lorsque le mous sage du laitier provoque une immersion maximale de ltarc. On mesure ainsi la distorsion harmonique de la tension aux bornes de l'arc 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 de SPC (Contrôle Statistique de Procédé). Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend - un capteur d'un signal représentant la tension aux bornes de l'arc, - deux filtres passe-bande dont l'un est à bande large haute fréquence excluant la composante continue et l'autre à bande large haute fréquence incluant la composante continue, - deux extracteurs de valeur efficace reliés respectivement 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 excluant la composante continue et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue, - un organe d'affichage en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur, - et une liaison éventuelle avec un calculateur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé qui en illustre une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un four à arc à courant continu d'élaboration de métal liquide. La figure 2 est un schéma synoptique du dispositif de mise en ouvre du procédé de mesure de l'instabilité de l'arc du four électrique de la Fig.1. Le four électrique I de la Fiv.1 comporte une électrode supérieure 2 et une électrode de sole 2', et contient un bain de métal liquide M. Au desssus 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 injections 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 aux bornes de l'arc. Pour suivre l'évolution du moussage du laitier L et ainsi permettre des interventions en cours de processus, ltinvention 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 tension aux bornes de l'arc 3, mesurée entre les conducteurs + et - du circuit électrique du four à courant continu., - un amplificateur 5 du signal fourni par le capteur 4, - deux filtres passe-bande reliés à l'amplificateur 5, dont l'un 6 est à bande large haute fréquence excluant la composante continue et l'autre 7 à bande large incluant la composante continue, - deux extracteurs de valeur efficace 8, 9 reliés respectivement aux filtres précités 6 et 7, - un module diviseur il relié aux extracteurs 6, 7 et capable d'élaborer 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 enfin un organe 12 d'affichage en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur 11. Le capteur 4 est un capteur de tension directement relié au jeu de barres (10, 10') d'alimentation des électrodes 2 et 2' et posséde une large bande passante depuis la composante continue jusqu'à de hautes fréquences. Dans le cas d'un four à courant continu à plusieurs électrodes de graphite, les précautions classiques sont prises pour éviter l'influence des autres conducteurs, en particulier en ce qui concerne la disposition du circuit de mesure. Ces précautions sont habituelles et connues de l'homme de l'art. 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 10 à 1000 Hz à pente voisine de 50dB/octave, tandis que le filtre 7 peut être un passe-bas dont la bande passante s'étend du continu jusqu'à 1000 Hz ; les deux filtres 6 et 7 réalisent ainsi la séparation entre les composantes fréquentielles situées dans la bande 10 à 1000 Hz et la composition complète du signal du continu jusqu'à 1000 Hz. Cette bande de fréquences s'est révélée particulièrement intéressante, quant à la précision de la mesure et du traitement du signal, pour la mise en oeuvre du procédé. La valeur énergétique des deux signaux issus des deux filtres 6, 7 est obtenue par les deux extracteurs 8, 9 de valeur efficace, dont les caractéristiques sont identiques ("root mean square"). Les extracteurs 8 et 9 reçoivent à l'entrée des signaux alternatifs et/ou continus et délivrent des signaux continus, et doivent avoir rigoureusement les mêmes caractéristiques d'intégration. Le diviseur il 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 Il peut être considéré comme un indicateur de mous sage du laitier L, du fait que sa valeur tend vers un minimum lorsque le mous sage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc 3. Ainsi la valeur du quotient délivré par le diviseur Il 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 mous sage provoque une diminution des perturbations électriques de l'arc, donc des harmoniques de la tension d'arc, ce qui provoque alors une diminution du rapport du signal énergétique délivré par l'extracteur 8 au signal énergétique délivré par l'extracteur 9. Bien entendu, la zone 10-1000 Hz donnée ci-dessus n'est fournie qu'à titre d'exemple, car pour un bain de métal liquide M elle est la plus riche en informations. En dehors de cette bande, plus on s'approche de la composante continue, plus doit être utilisé un filtre à pente raide. C'est pourquoi on choisit une fenêtre de fréquence appropriée. Le plafond de 1000 Hz s'est révélé dans l'exemple donné approprié, car au-delà d'une certaine fréquence (qui peut être différente de 1000 Hz, par exemple 2000 Hz) les informations supplémentaires obtenues ne sont plus utiles. Selon une variante préférentielle, le filtre excluant la composante continue peut être un filtre numérique qui exclut également les composantes harmoniques du signal. Ces harmoniques proviennent du fait que la tension de sortie des redresseurs d'alimentation du four a une composante périodique issue de l'alimentation en courant alternatif de ces redresseurs. il s'ensuit que le signal représentant la tension aux bornes de l'arc comporte des composantes harmoniques qui, dans certains cas, risquent d'être prépondérantes par rapport aux composantes aléatoires du signal, qui sont seules représentatives de la stabilité de l'arc. Ledit filtre numérique permet de conserver exclusivement ces composantes aléatoires, et donc d'améliorer la précision du signal issu du diviseur. 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 I'oérateur de contrôle. En effet si le signal del'organe 12 est maximum1 cela signifie que l'arc 3 est très peu immergé dans la mousse et que s'impose un réglage de la marche du four1 par exemple un positionnement 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'intervention déterminés, pour le réglage de certains paramètres 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 20 à 30 %, 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 1000 Hz et le second étant passe haut 10 Hz. Le gain est réglé à O ou 20dB, seule la première cellule étant réglée à 20dB pour la comptabilité des signaux sur le diviseur Il. Toutefois un seul filtre 6 peut suffire, avec une première cellule réglée à 1000 Hz et une deuxième cellule réglée à 10 Hz, 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 alimenté en courant continu, comportant une électrode supérieure (2) et une électrode de sole (2'), caractérisé en ce que - on capte un signal représentant la tension instantanée aux bornes de l'arc, - on achemine le signal simultanément dans deux filtres passe-bande (6,7) respectivement à bande large haute fréquence excluant la composante continue (6) et à bande large incluant la composante continue (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 excluant la composante continue (6), et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue (7), - et on affiche le signal énergétique proportionnel obtenu sur une échelle (12) où il est exprimé en pourcentage, ce pourcentage étant indicatif de la tenue de l'arc, significatif de la phase d'élaboration. 2. Procédé selon la revendication 1, mis en oeuvre dans un four où le bain de métal liquide (M) est recouvert d'une couche de laitier moussant (L) partiellement au moins traversée par l'arc (3), caractérisé en ce qu'on utilise le signal énergétique proportionnel obtenu comme indicateur du degré d'immersion de l'arc (3) dans le laitier moussant (L), la valeur dudit signal tendant vers un minimum lorsque le mous sage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur (4) d'un signal représentant la tension aux bornes de l'arc (3), - deux filtres passe-bande (6,7) dont l'un (6) est à bande large haute fréquence excluant la composante continue et l'autre (7) à bande large incluant la composante continue, - deux extracteurs de valeur efficace (8,9) reliés respectivement aux filtres précités (6,7), - un module diviseur (11) relié aux extracteurs (8,9) ét capable d'élaborer un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large excluant la composante continue (6) et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue (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, caractérisé en ce que le capteur (4) est relié directement à un jeu de barres (10,10') d'alimentation des électrodes (2,2'). 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur (5) 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 excluant la composante continue (6) peut isoler une bande comprise entre 10 et 1000Hz environ, et le filtre à bande large incluant la composante continue (7) peut isoler une bande depuis O Hz (courant continu) jusqu'à 1000 Hz. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extracteurs de valeur efficace (8,9) ont des caractéristiques identiques. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre excluant la composante continue est un filtre numérique qui exclut également les composantes harmoniques du signal.