Brevet FR2673646A1 — publié le 19920911

La présente invention a pour objet un procédé de mesure du niveau d'un bain de métal liquide dans un convertisseur pendant l'affinage de l'acier. L'affinage de l'acier au convertisseur a pour but la production d'un acier brut de caractéristiques peu dispersées autour des valeurs visées, c'est à dire des valeurs limites pour les teneurs en impuretés tel que le phosphore ou le soufre par exemple, une température minimale compatible avec la mise à la nuance et une température de coulée en machine de coulée continue, ou encore, par exemple, une teneur en carbone. En plus de ces caractéristiques visées, l'affinage de l'acier doit être réalisé dans les meilleures conditions économiques possibles, c'est à dire rapidement et sans sursoufflage, avec un enfournement minimum de chaux, une teneur en fer du laitier faible, des pertes en fer par projections ou débordements nulles. Afin de conduire correctement le procédé d'affinage au convertisseur, il est nécessaire de connaître instantanément la température du bain, sa teneur en carbone et son niveau. Dans certaines acieries, la mesure du niveau du bain de métal dans le convertisseur est réalisée au moyen d'une tige métallique fixée à la lance à oxygène. Celle-ci est descendue à un niveau donné de telle sorte que la tige métallique soit en partie immergée dans le bain de métal. Après quelques secondes d'immobilisation, la lance à oxygène est remontée et, la partie de la tige métallique immergée ayant fondu, il suffit de mesurer la longueur restante pour en déduire le niveau du bain de métal. Certaines acieries sont équipées d'une sublance, c'est à dire une perche de mesure qui est plongée dans le bain d'acier environ deux minutes avant la fin du soufflage. Cette sublance est équipée de sondes de mesure permettant d'effectuer des prélèvements d'échantillons et de mesurer instantanément la température du métal et l'activité en oxygène dissous dans le métal. Dans ce cas, pour effectuer la mesure du niveau du métal liquide, la sublance est également équipée d'une sonde, dite sonde de pigeage, munie à son extrémité de deux électrodes parallèles, reliées électriquement entre elles et formant ainsi un circuit électrique qui est normalement ouvert. Lorsque la sublance est descendue à faible vitesse dans le bain, l'extrémité libre des électrodes arrive en contact avec le bain. A ce moment, le circuit électrique constitué par les deux électrodes est alors fermé, induisant le passage du courant. On en déduit ainsi le niveau du bain, de la position atteinte par la sublance. Ces deux techniques connues ont pour principaux inconvénients d'interrompre le cycle normal de fabrication et d'être coûteuses en temps. Par ailleurs, elles nécessitent un certain nombre de manipulations, non nécessaires au procédé d'affinage comme par exemple le montage de la tige métallique ou de la sonde de pigeage, puis le démontage. De ce fait, elles ne peuvent pas etre utilisées à chaque coulée élaborée au convertisseur. De plus, lorsqu'on utilise la technique du barreau métallique consommable, on n'est pas absolument certain de mesurer exactement la hauteur du bain de métal, ledit barreau étant fondu par le laitier qui se trouve à une température supérieure à celle du métal. De même, le laitier qui surnage au-dessus du bain de métal liquide présente une certaine conductibilité électique qui est fonction essentiellement de sa teneur en fer. Par conséquent, la mesure au moyen de la sonde de pigeage n'est donc pas particulièrement fiable et il subsiste un risque de mesurer le niveau du laitier. I1 en résulte donc une imprécision importante sur l'appréciation du niveau du bain métallique pour un grand nombre de coulée. La présente invention a pour but de proposer un procédé de mesure du niveau d'un bain de métal liquide dans un convertisseur qui permet de s'affranchir de ces inconvénients et d'assurer une grande précision de mesure. La présente invention a donc pour objet un procédé de mesure du niveau d'un bain de métal liquide dans un convertisseur au moyen d'une lance à oxygène munie de sondes de mesure, d'une part, de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier surmontant le métal liquide et, d'autre part, de la température dudit bain et dudit laitier, ladite lance étant déplacée entre une position basse plongée dans le bain de métal liquide et une position haute extraite dudit bain caractérisé en ce que, pendant la remontée de la lance, - on mesure en continu la vitesse de déplacement de la lance, - on établit la courbe de variation de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier en fonction du temps, ladite activité en oxygène dissous mesurée par la sonde correspondante lors de son déplacement étant sensiblement constante dans le bain de métal liquide et croissant brutalement dans le laitier, - on établit la courbe de variation de la température du bain de métal liquide et du laitier en fonction du temps, ladite température mesurée par la sonde correspondante lors de son déplacement étant sensiblement constante dans le bain de métal liquide, puis croissant faiblement au niveau de l'interface métal liquide et laitier et croissant brutalement dans le laitier, - on repère le temps t1 représentant, sur la courbe de variation de l'activité en oxygène dissous en fonction du temps, le départ de la croissance brutale de ladite activité en oxygène dissous, - on repère les temps t2 et t3 représentant, sur la courbe de variation de la température en fonction du temps, le départ et la fin de la faible croissance de ladite température, - on vérifie que le temps t1 se situe dans l'intervalle de temps t2 et t3 pour valider la mesure, - et on déduit la hauteur du bain de métal liquide par le produit du temps t1 par la vitesse de déplacement de la lance. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'établissement des courbes, le repérage des temps et le calcul de la hauteur du bain de métal liquide s'effectuent instanément en même temps que la mesure de l'activité en oxygène et de la température, par un calculateur. Les caractéristiques et avantages de la presente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la Fig. I représente la courbe de variation de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier en fonction du temps, pendant la remontée de la lance et des sondes de mesure, - la Fig. 2 représente la courbe de variation de la température du bain de métal liquide et du laitier en fonction du temps, pendant la remontée de la lance et des sondes de mesure, - la Fig. 3 représente la courbe de déplacement de la lance en fonction du temps. Au cours de l'affinage de l'acier dans un convertisseur, une lance à oxygène de type connu, non représentée, munie de sondes de mesure, est plongée dans le bain de métal liquide. En fin de soufflage de l'oxygène, la lance est remontée lentement et les sondes mesurent, d'une part, l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier surmontant le métal liquide et, d'autre part, la température dudit bain de métal liquide et dudit laitier. Comme représenté sur la Fig. 1, lorsque la lance est plongée dans le bain de métal liquide en un point bas déterminé, l'activité en oxygène dissous est stabilise autour d'une valeur A correspondant à l'ac tivité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide. Au moment de la remontée lente de la lance, tant que la sonde de mesure correspondante reste dans le bain de métal liquide, la valeur A de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide reste sensiblement constante. Dès que l'extrémité de la lance munie de la sonde de mesure de l'activité en oxygène dissous passe du bain de métal liquide dans le laitier, l'activité en oxygène dissous mesurée croit brutalement. Cette augmentation brutale de l'activité en oxygène dissous mesurée se traduit sur la courbe de la Fig. 1 par un point d'inflexion P. De même, comme représenté sur la Fig. 2, lorsque la lance munie de la sonde de mesure de la température, comme par exemple un thermocouple, est plongée dans le bain de métal liquide, la température relevée se stabilise à une valeur T correspondant à la température effective dudit bain de métal liquide. Au moment de la remontée lente de la lance, tant que la sonde de mesure correspondante reste dans le bain de métal liquide la valeur T de la température mesurée reste sensiblement constante. Dès que l'extrémité de la sonde s'approche de l'interface métal liquide et laitier, la température commence à croître faiblement du fait du laitier qui surnage, puis croît brutalement quand l'extrémité de la sonde pénêtre dans le laitier. Ces différentes augmentations de la température se traduisent notamment sur la courbe de la Fig. 2, par un intervalle entre deux points M et N qui correspondent respectivement au point de départ et au point de fin de la faible croissance de la température. Cet intervalle correspond au franchissement de l'interface métal liquide et laitier. La présente invention a pour but de déduire le niveau de métal liquide dans le convertisseur à partir de l'exploitation conjointe de ces deux phénomènes. Pour cela, un calculateur saisi au fur et à mesure de la remontee de la lance et des sondes de mesure, les valeurs de l'activité en oxygène dissous respectivement dans le bain de métal liquide et dans le laitier en fonction du temps et les valeurs de la température respectivement du bain de métal liquide et du laitier en fonction du temps. Le calculateur établit les courbes f(t) = taux d'oxygène dissous, et f(t) = température. Le calculateur repère alors le temps t1 correspondant au point P d'inflexion de la courbe de l'activité en oxygène dissous en fonction du temps (Fig. 1) et l'intervalle des temps t2 et t3 correspondant aux points M et N de la courbe de la température en fonction du temps (Fig. 2). Le calculateur vérifie alors que le temps t1 se situe dans l'intervalle des temps t2 et t3 pour valider ladite mesure. En effet, si le temps t1 ne se situe pas dans l'intervalle des temps t2 et t3 le point d'infle- xion détecté ne serait pas dû au passage de la sonde de mesure au niveau de l'interface métal liquide et laitier. Enfin, si la mesure est validée, le calculateur déduit la hauteur du bain de métal liquide par le simple produit du temps t1 repéré sur la courbe de l'activité en oxygène dissous en fonction du temps par la vitesse de déplacement de la lance, le point bas de la lance dans le bain de metal liquide etant connu. Selon une variante, le procédé selon la présente invention consiste à établir, comme représenté sur la Fig. 3, la courbe de la distance parcourue par la lance au cours de sa remontée en fonction du temps. Ainsi, après l'établissement de cette courbe par le calculateur, ledit calculateur reporte la valeur du temps t1 représentant le départ de la croissance brutale de l'activité en oxygène dissous et déduit directement la distance parcourue par la lance entre le point bas connu dans le bain de métal liquide et le niveau de l'interface métal liquide et laitier. Cette façon de procéder est très utile lorsqu'il n'est pas absolument certain que la vitesse de la lance est constante. Le procédé selon la présente invention est donc de mise en oeuvre facile et ne nécessite aucun matériel supplémentaire au contact avec le bain de métal liquide en plus de la lance et des sondes de mesure de l'activité en oxygène dissous et de la température. Un tel procédé permet d'effectuer une mesure précise du niveau de métal liquide dans le convertisseur à chaque coulée, sans ralentissement du procédé d'affinage. De plus, un tel procédé de mesure du niveau de métal liquide dans le convertisseur améliore les conditions de travail des opérateurs en supprimant les opérations de mise en place manuelle et de démontage des sondes de pigeage ou des sondes métalliques consommables utilisées jusqu'à présent. Enfin, il permet d'améliorer la qualité d'affinage de l'acier par une plus grande précision de la hauteur de la lance à oxygène au-dessus du bain. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du niveau d'un bain de métal. liquide dans un convertisseur au moyen d'une lance à oxygène munie de sondes de mesure, d'une part, de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier surmontant le métal liquide et, d'autre part, de la température dudit bain de metal liquide et dudit laitier, ladite lance étant déplacée entre une position basse plongée dans le bain de métal liquide et une position haute extraite dudit bain, caractérisé en ce que pendant la remontée de la lance, - on mesure en continu la vitesse de déplacement de la lance, - on établit la courbe de variation de l'activité en oxygène dissous dans le bain de métal liquide et dans le laitier en fonction du temps, ladite activité en oxygène dissous mesurée par la sonde correspondante lors de son déplacement étant sensiblement constante dans le bain de métal liquide et croissant brutalement dans le laitier, - on établit la courbe de variation de la température du bain de métal liquide et du laitier en fonction du temps, ladite température mesurée par la sonde correspondante lors de son déplacement étant sensiblement constante dans le bain de métal liquide, puis croissant faiblement au niveau de l'interface métal liquide et laitier et croissant brutalement dans le laitier, - on repere le temps t1 représentant, sur la courbe de variation de l'activité en oxygène dissous en fonction du temps, le départ de la croissance brutale de ladite activité en oxygène dissous, - on repère les temps t2 et t3 représentant, sur la courbe de variation de la température en fonction du temps, le départ et la fin de la faible croissance de ladite température, - on vérifie que le temps t1 se situe dans l'intervalle de temps t2 et t3 pour valider la mesure, - et on déduit la hauteur du bain de métal liquide par le produit du temps t1 par la vitesse de déplacement de la lance. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'établissement des courbes, le repérage des temps t1, t2 et t3 et le calcul de la hauteur du bain de métal liquide s'effectuent instantanément en même temps que la mesure de l'activité en oxygène et de la température, par un calculateur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on établit une courbe de la distance parcourue par la lance en fonction du temps à partir du point bas connu de ladite lance dans le bain de métal liquide, - on reporte sur cette courbe le temps t1 représentant le départ de la croissance brutale de l'activité en oxygène dissous, - et on lit directement sur ladite courbe le niveau du bain de métal liquide.