FR2578068A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A PROCESS OF HETEROGENEOUS TRANSFORMATION WITH KINETIC DIFFUSION ARRANGING IN A TURBULENT LIQUID CURRENT - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF DE CONTROLE D'UN PROCESSUS DE TRANSFORMATION HETEROGENE SE DEROULANT DANS DES CONDITIONS CINETIQUES DE DIFFUSION DANS UN ECOULEMENT TURBULENT DE LIQUIDE. DANS LE DISPOSITIF, IL EST PREVU DANS UNE CHAINE EN SERIE UNE UNITE DE CAPTAGE 1 OPERANT SUR UN PRINCIPE ACOUSTIQUE, UN AMPLIFICATEUR 2, UNE UNITE DE TRAITEMENT DE SIGNAUX 3 ET UNE UNITE DE CALCUL 4, L'UNITE DE TRAITEMENT DE SIGNAUX 3 ETANT POURVUE D'UN CIRCUIT ELECTRIQUE DIVISANT LE SIGNAL DE SORTIE DE L'AMPLIFICATEUR 2 DANS DES DOMAINES SPECTRAUX ET DETERMINANT LES VALEURS UTILES OU LES VALEURS MOYENNES ASSOCIEES AUX DOMAINES SPECTRAUX AINSI QUE LE RAPPORT DESDITES VALEURS. APPLICATION AUX USINES METALLURGIQUES.The invention relates to a method and a device for controlling a process of heterogeneous transformation taking place under kinetic conditions of diffusion in a turbulent flow of liquid. IN THE DEVICE, A SENSOR UNIT 1 OPERATING ON AN ACOUSTIC PRINCIPLE, AN AMPLIFIER 2, A SIGNAL PROCESSING UNIT 3 AND A COMPUTING UNIT 4 IS PROVIDED FOR IN A SERIES CHAIN, THE SIGNAL PROCESSING UNIT 3 BEING PROVIDED WITH AN ELECTRICAL CIRCUIT DIVIDING THE OUTPUT SIGNAL OF AMPLIFIER 2 INTO SPECTRAL AREAS AND DETERMINING THE USEFUL OR AVERAGE VALUES ASSOCIATED WITH THE SPECTRAL AREAS AS WELL AS THE RATIO OF SUCH VALUES. APPLICATION TO METALLURGICAL PLANTS.
Description
-- 1 --- 1 -
La présente invention concerne un procédé&et The present invention relates to a method &
un dispositif de contrôle d'un processus de transforma- a control device for a process of transformation
tion hétérogène se déroulant avec diffusion cinétique heterogeneous composition taking place with kinetic diffusion
dans un courant de liquide turbulent. in a stream of turbulent liquid.
Dans le domaine technique, il se produit sou- vent des processus o une transformation hétérogène se In the technical field, there are often processes where heterogeneous
déroule dans un courant de liquide. Comme transforma- unwinds in a stream of liquid. As a transformation
tions hétérogènes, on considère celles correspondant à heterogeneous, we consider those corresponding to
des processus de transformation chimique ou physico- processes of chemical or physical transformation
chimique, qui se produisent sur des surfaces détermi- chemical, which occur on surfaces determined by
nées, par exemple sur des surfaces-limites entrephases for example on boundary surfaces
(comme dans des systèmes qui comportent une phase li- (as in systems with a
quide en dispersion et une autre phase liquide, solide dispersion and another solid liquid phase
ou gazeuse en dispersion), sur des surfaces de caracté- or gaseous dispersion), on surfaces of
ristiques catalytiques, sur des électrodes immergées dans un liquide ainsi que sur les parois d'un récipient catalytic properties, on electrodes immersed in a liquid and on the walls of a container
contenant un liquide.containing a liquid.
Ainsi, l'invention concerne le contrôle de pro- Thus, the invention relates to the control of
cessus de transformation hétérogène qui satisfont aux conditions suivantes: le liquide se trouve en écoulement turbulent et la transformation hétérogène se déroule dans des conditions cinétiques de diffusion. Cette dernière expression signifie que la vitesse de transfomation est déterminée par la vitesse de transport de matière de l'intérieur du liquide vers la surface définissant la Heterogeneous transformation processes which satisfy the following conditions: the liquid is in turbulent flow and the heterogeneous transformation takes place under kinetic diffusion conditions. This latter expression means that the rate of conversion is determined by the rate of material transport from the interior of the liquid to the surface defining the
zone de transformation, ou bien inversement de cette sur- transformation zone, or conversely of this
face vers l'intérieur du liquide.face inward of the liquid.
Lors du contrôle de processus de transformation When controlling transformation process
hétérogène se déroulant dans un liquide, il est bien con- heterogeneity taking place in a liquid, it is well
nu d'utiliser les procédés directs, qui consistent à effec- to use direct methods, which consist in
tuer un prélèvement d'échantillon et une analyse physico- kill a sample and a physical analysis
chimique ou chimique de l'échantillon. Ces procédés peu- chemical or chemical sample. These processes can
vent garantir la précision, nécessaire en pratique, des -2- résultats de mesures mais cependant il est pratiquement impossible de les utiliser pour un contrôle en temps réel du processus réalisé; dans le cas des processus It is important to ensure the accuracy, necessary in practice, of measurement results, but it is practically impossible to use them for real-time monitoring of the process carried out; in the case of processes
industriels rapides se déroulant dans des conditions va- rapid industrial activities taking place under
riables, ils sont incapables de servir de base pour la résolution des problèmes de régulation. Dans de nombreux cas, le prélèvement d'échantillons proprement dit: est they are unable to serve as a basis for solving regulatory problems. In many cases, the actual sampling is:
problématique, et notamment dans des processus indus- problematic, and in particular in industrial processes
triels o l'opération correspondante devrait être inter- where the corresponding operation should be
rompue. Un problème particulier se pose en ce qui concer- broken. A particular problem arises with regard to
ne le contrôle du pourcentage de composants qui intervien- does not control the percentage of components that intervene
nent en petites quantités. Dans de telles conditions, le prélèvement d'échantillons constitue d'une manière connue in small quantities. Under such conditions, the taking of samples is in a known manner
un élément du contrôle, mais on doit analyser les résul- an element of control, but we must analyze the results
tats obtenus pour plusieurs échantillons par une méthode obtained for several samples by a method
statistique - seulement une augmentation du nombre d'é- statistics - only an increase in the number of
chantillons permet de garantir des résultats de mesure samples can guarantee measurement results
corrects car, dans un échantillon, le pourcentage à dé- correct because, in a sample, the percentage to be de-
terminer peut s'écarter fortement de la valeur moyenne finish can deviate strongly from the average value
réelle.real.
Un autre groupe des solutions connues corres- Another group of known solutions correspond to
pond à des procédés o on examine un paramètre qui per- processes where we examine a parameter that
met indirectement une analyse de la progression, c'est- indirectly puts forward an analysis of the progression,
à-dire de la vitesse de la transformation, auquel cas généralement, on sélectionne un paramètre qui varied'une manière déterminée avec la concentration. A cet égard, on peut citer la pression, la température, la couleur ou le son, etc. L'information peut ainsi être obtenue d'une manière relativement rapide mais cependant, elle est soit imprécise, soit incomplète et pourcette raison il est impossible de l'utiliser comme base correcte dans un processus de régulation. Dans le cas de la fabrication that is, the speed of the transformation, in which case usually a parameter is selected which varies in a determined manner with the concentration. In this regard, one can cite pressure, temperature, color or sound, etc. The information can thus be obtained in a relatively fast manner but however, it is either imprecise or incomplete and for this reason it is impossible to use it as a correct basis in a regulation process. In the case of manufacturing
d'acier au convertisseur en présence d'oxygène, on a pro- from steel to the converter in the presence of oxygen,
- 3 - posé un procédé de contrôle (Baptizmanski, V.I.etal, IWUZ, - 3 - a control procedure (Baptizmanski, V.I.etal, IWUZ,
Tschornaja Metallurgija, 1982, 2, Pages 34 à 38), dans'îe- Tschornaja Metallurgija, 1982, 2, Pages 34-38),
quel on fait intervenir pour la commande un contrôle acous- which is involved for the control an acoustic control
tique. Selon le procédé proposé, on détecte le phénomène acoustique se déroulant lors de l'insufflation d'oxygène tick. According to the proposed method, the acoustic phenomenon taking place during the oxygen insufflation is detected.
dans le bain d'acier, et notamment le niveau caractéristi- in the steel bath, and in particular the characteristic level
que de la pression acoustique. On a constaté qu'il se pro- only sound pressure. It has been found that
duit une brusque augmentation du niveau de pression acous- a sudden increase in the level of acoustic pressure
tique dans le cas o la couche de laitier placée à la sur- in the case where the layer of slag placed on the surface
face du bain d'acier est si dense qu'on doit arrêter l'in- face of the steel bath is so dense that we have to stop
sufflation d'une quantité additionnelle d'oxygène. Bien qu'on puisse alors empêcher la génération de processus secondaires perturbateurs, il est pratiquement impossible d'obtenir les informations garantissant la répétitivité du procédé, ce qui permettrait de déterminer le pourcentage sufflation of an additional quantity of oxygen. Although it is then possible to prevent the generation of disruptive secondary processes, it is practically impossible to obtain the information guaranteeing the repeatability of the process, which would make it possible to determine the percentage
de carbone dans le bain, notamment avec une erreur accep- carbon in the bath, especially with an acceptable error.
table.table.
L'invention a en conséquence pour but de créer The object of the invention is therefore to create
un procédé et un dispositif permettant d'obtenir, sans pré- a method and a device for obtaining, without
lèvement d'échantillon, des données de concentrations cor- sample removal, concentration data cor-
rectes par un contrôle indirect dans le cas d'un processus de traitement hétérogène se déroulant dans des conditions by indirect control in the case of a heterogeneous treatment process taking place under conditions
cinétiques de diffusion dans un courant de liquide turbu- kinetics of diffusion in a stream of turbulent liquid
lent. L'invention est basée sur la connaissanceque le son produit dans un liquide par des vibrations de bulles slow. The invention is based on the knowledge that the sound produced in a liquid by vibrations of bubbles
(bulles de vapeur, de gaz ou de cavitation) existant tou- (vapor, gas or cavitation bubbles)
jours dans un courant de liquide turbulent peut être carac- days in a turbulent liquid stream may be
térisé par une composition spectrale variable qui concerne une valeur bien définie en relation avec la grandeur du coefficient de diffusion en turbulence - celui-ci étant caractéristique de la transformation; lorsque la valeur du coefficient de diffusion en turbulence Dturb pendant - 4 - la transformation se déroulant dans un écoulement de liquide turbulent augmente, on peut en conclure qu'il se déroule une modification caractéristique du spectre continu du son produit dans un liquide. L'essence de la modification consiste en ce que, dans une bande de fré- characterized by a variable spectral composition which relates to a well-defined value in relation to the magnitude of the diffusion coefficient in turbulence - the latter being characteristic of the transformation; when the value of the turbulence diffusion coefficient Dturb during the transformation occurring in a turbulent liquid flow increases, it can be concluded that there is a characteristic change in the continuous spectrum of the sound produced in a liquid. The essence of the change is that in a frequency band
quence effectivement couverte, le rapport entre un quan- effectively covered, the relationship between a quantity
tum d'énergie inférieur à un niveau de fréquence et un energy tum below a frequency level and a
quantum d'énergie supérieur à une gamme de fréquence as- quantum of energy above a frequency range as
socié augmente. Ce principe peut également être exprimé company increases. This principle can also be expressed
de la façon suivante: lors de l'augmentation de la va- in the following way: when increasing the
leur des coefficients de diffusion en turbulence, les their diffusion coefficients in turbulence, the
amplitudes des composantes de fréquence supérieures aug- amplitudes of the higher frequency components
mentent par rapport à celles des composantes de valeurs compared to those of the value components
inférieures. Cela signifie qu'on peut associer au spec- lower. This means that we can associate with the
tre temporellement variable une fonction temporelle - to be temporally variable a temporal function -
qui sera désignée par R(t) - qui reste dans une relation who will be designated by R (t) - who stays in a relationship
fonctionnelle de croissance monotone avec le coeffi- monotonic growth with the coeffi-
cient de diffusion en turbulence. L'application de ce principe est facilitée par le fait que les concentrations caractéristiques réelles intervenant dans des processus diffusion in turbulence. The application of this principle is facilitated by the fact that the actual characteristic concentrations involved in processes
de transformation hétérogène se déroulant dans des con- heterogeneous transformation taking place in
ditions cinétiques de diffusion dans un écoulement de liquide turbulent peuvent être déterminées d'une manière kinetics of diffusion in a turbulent liquid flow can be determined in a manner
connue, sur la base des valeurs réelles connues du coef- known, on the basis of the known real values of the coef-
ficient de diffusion en turbulence. A cet égard, il faut connaître la concentration initiale, la relation entre ficient diffusion in turbulence. In this respect, one must know the initial concentration, the relationship between
la grandeur de la surface constituant la zone de trans- the size of the area constituting the area of trans-
formation et le temps, et/ou la concentration, dans le cas o cette dernière n'est pas constante, et en outre time and / or concentration, where the latter is not constant, and in addition
dans le cas d'une transformation pouvant être caracté- in the case of a transformation which may be
risée par une condition d'équilibre, les données déter- rised by an equilibrium condition, the data deter-
minant la concentration d'équilibre, et enfin la grandeur de la constante intervenant dans l'équation concernant undermining the equilibrium concentration, and finally the magnitude of the constant intervening in the equation
la vitesse de la transformation.the speed of transformation.
-5- L'invention a pour but de fournir une solution technique en utilisant les principes définis ci-dessus, le contrôle du processus de transformation hétérogène se déroulant dans des conditions cinétiques de diffusion un courant de liquide turbulent pouvant être réalisé sur la base de l'analyse de l'effet acoustique accompagnant le courant de liquide. En d'autres termes, le problème consiste à créer un procédé et un dispositif permettant The object of the invention is to provide a technical solution using the principles defined above, the control of the heterogeneous transformation process taking place under kinetic conditions of diffusion a turbulent liquid stream that can be realized on the basis of the analysis of the acoustic effect accompanying the liquid flow. In other words, the problem is to create a process and a device that allows
d'assurer le contrôle en temps réel de différents pro- to provide real-time control of various
cessus du type précité lors de la connaissance de valeurs initiales de la concentration et des données concernant les paramètres actifs intervenant dans la transformation cessations of the aforementioned type when knowledge of initial values of the concentration and data concerning the active parameters involved in the transformation
(par exemple l'introduction des substances actives). (for example the introduction of active substances).
Pour résoudre le problème posé, on a mis aupoint un procédé et un dispositif correspondant. Le procédé est caractérisé en ce qu'on capte un phénomène acoustique ou To solve the problem, a method and a corresponding device have been developed. The method is characterized by capturing an acoustic phenomenon or
vibratoire engendré par les oscillations des bulles exis- vibration generated by the oscillations of the existing bubbles
tant dans le liquide en écoulement turbulent, en ce que le signal capté est soumis si nécessaire à un filtrage de bruit, en ce qu'ensuite le signal capté est converti en un signal électrique reproduisant sa composition spectrale et qui est utilisé comme un signal de mesure, caractéristique both in the turbulent flow liquid, in that the sensed signal is subjected if necessary to noise filtering, in that subsequently the sensed signal is converted into an electrical signal reproducing its spectral composition and which is used as a signal of measure, characteristic
de la valeur momentanée relative du coefficient de diffu- the relative momentary value of the diffusion coefficient
sion en turbulence du liquide pour un contrôle indirect en turbulence of the liquid for indirect control in
temps réel de la transformation.real time of transformation.
Le captage peut être réalisé aussi bien au moyen Capture can be achieved both by means of
d'un microphone qu'également au moyen d'un appareil de me- of a microphone that also by means of a
sure des ondes propagées par le milieu. Le captage des vibrations par sure of the waves propagated by the medium. The capture of vibrations by
l'appareil de mesure des ondes propagées par le milieu est plus avan- the device for measuring the waves propagated by the medium is more
tageux lorsque la ganmme des fréquences du son produit par le liquidene tageux when the frequency of the frequencies of the sound produced by the liquidene
concordepas avec la bande des sons audibles, et il est néces- concordepas with the band of audible sounds, and it is necessary
saire lorsque le liquide est placé sous vide car dans ce when the liquid is placed under vacuum because in this
cas l'atmosphère gazeuse assurant la transmission de l'ef- the gaseous atmosphere ensuring the transmission of the ef-
fet acoustique n'existe pas.acoustic fetus does not exist.
-6- Le rapport entre le niveau de bruit et celui du signal, qui détermine l'efficacité de captage, peut être amélioré artificiellement, par génération de bulles. Acet effet, on peut par exemple utiliser une matière à action capillaire ou bien une matière solide sous forme pulvéru- lente qui est vaporisée à la température du liquide, ou The ratio between the noise level and that of the signal, which determines the capture efficiency, can be artificially improved by bubble generation. For example, a capillary action material or a solid material in powder form which is vaporized at the temperature of the liquid, or
bien un gaz insufflé.well a gas insufflated.
Le signal reproduisant la composition spectrale peut être produit à partir du signal capté de nombreuses The signal reproducing the spectral composition can be produced from the signal picked up by many
manières. Une des possibilités qui se sont avérées parti- ways. One of the possibilities that have been found
culièrement avantageuses consiste à sélectionner une fré- particularly advantageous is to select a frequency
quence de référence dans la plage spectrale couvrant le signal capté, auquel cas le spectre est divisé en deux plages. On détermine pour une des plages et pour laplage reference frequency in the spectral range covering the sensed signal, in which case the spectrum is divided into two ranges. We determine for one of the beaches and for the beach
totale de captage, ou bien pour les deux plages, les va- catchment, or for both beaches,
leurs effectives correspondantes ou bien les valeurs mo- their corresponding effectives or the mo-
yennes et on les divise l'une avec l'autre. Généralement yen and divide them with each other. Usually
on sélectionne la plage spectrale correspondant aux fré- the spectral range corresponding to the frequencies
quences supérieures à la fréquence de référence et la than the reference frequency and the
valeur correspondante est comparée avec la valeur asso- corresponding value is compared with the associated value
ciée à la plage spectrale totale. D'après l'expérience, une augmentation du rapport signifie une augmentation du at the total spectral range. Experience shows that an increase in the ratio means an increase in
coefficient de diffusion en turbulence Dturb. diffusion coefficient in turbulence Dturb.
Selon un autre mode avantageux de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, le signal capté est soumis avant l'établissement de la valeur effective ou de la valeur moyenne à une transformation spectrale. La transformation spectrale peut comporter une élimination des bruits par filtrage et elle consiste à éliminer les According to another advantageous mode of implementation of the method according to the invention, the captured signal is subjected before the establishment of the effective value or the average value to a spectral transformation. The spectral transformation may include noise suppression by filtering and it consists in eliminating
bruits du spectre dans une ou plusieurs plages sélection- spectrum noise in one or more selected ranges
nées dudit spectre. La transformation spectrale peut être effectuée d'une manière connue au moyen d'une série de filtres à bande étroite, d'un analyseur de spectre, d'un -7- calculateur associé à un convertisseur analogique/nunérique, etc. L'essence du dispositif mis au point également pour résoudre le problème posé consiste en ce qu'il est prévu dans une chaîne en série une unité de captage opé- rant sur un principe acoustique, un amplificateur, une unité de traitement de signaux et un calculateur, l'unité from said spectrum. The spectral transformation can be carried out in a known manner by means of a series of narrowband filters, a spectrum analyzer, a computer associated with an analog / digital converter, and the like. The essence of the device also developed to solve the problem is that in a series chain there is provided a sensing unit operating on an acoustic principle, an amplifier, a signal processing unit and a signal processor. calculator, the unit
de traitement de signaux étant pourvue d'un circuit élec- signal processing circuit being provided with an electrical circuit
trique répartissant le signal de sortie de l'amplifica- which distributes the output signal of the ampli-
teur dans des plages spectrales et déterminant les valeurs effectives ou les valeurs moyennes associées à celles-ci in spectral ranges and determining the actual values or average values associated with them
ainsi que leurs rapports.as well as their reports.
Le dispositif conforme à l'invention estpourvu avantageusement, dans l'unité de traitement de signaux, The device according to the invention is advantageously provided, in the signal processing unit,
d'un circuit électrique convertissant le signal de sor- of an electrical circuit converting the output signal
tie de l'amplificateur dans différentes plages spectrales. of the amplifier in different spectral ranges.
Dans l'unité de traitement de signaux du dispo- In the signal processing unit of the
sitif conforme à l'invention, il est prévu avantageuse- In accordance with the invention, it is advantageous to
ment, pour l'exécution des fonctions de détermination, des filtres d'entrée, comme des filtres à bande étroiteoudes filtres passe-haut et filtres passe-bas, le cas échéant une ou plusieurs unités de multiplication, un sommateur for the execution of the determination functions, input filters, such as narrow-band filters, high-pass and low-pass filters, where appropriate one or more multiplication units, an adder
ainsi qu'un composant de détermination de la valeur ef- as well as a component for determining the value of
fective ou de la valeur moyenne, ces composants étant places en série dans deux lignes, auquel cas les signaux the average value, these components being placed in series in two lines, in which case the signals
de sortie d'une ligne sont appliqués à une unité de di- the output of a line are applied to a unit of
vision qui détermine comme signal de mesure les valeurs momentanées de la fonction temporelle R(t). Les unités de multiplication peuvent effectuer la transformation vision which determines as a measurement signal the momentary values of the time function R (t). Multiplication units can perform the transformation
spectrale.spectral.
Il est avantageux de pourvoir l'unité de cal- It is advantageous to provide the unit of cal-
cul d'entrées pour la transmission de valeurs fixes, de of inputs for the transmission of fixed values,
données d'étalonnage et de données en temps réel. Calibration data and real-time data.
- 8 - Au moyen du procédé et du dispositif conformes à l'invention, il est possible d'effectuer en temps réel le contrôle de la transformation hétérogène dans des conditions By means of the method and the device according to the invention, it is possible to carry out in real time the control of the heterogeneous transformation under conditions
cinétiques de diffusion dans des liquides en écoulement tur- kinetics of diffusion in liquids in tur-
bulent, qui ne sont pas accessibles pour une détection di- bulent, which are not accessible for a
recte. Pour cette raison, ils sont particulièrement avanta- rect. For this reason, they are particularly
geux pour la résolution des problèmes de régulation dans la production d'acier, pour l'analyse suivie de la teneur en the problem of regulation in the production of steel, for the analysis followed by the content of
soufre de la fonte et pour la commande des opérations de ré- sulfur of the iron and for the control of
gulation ainsi que des actions à exercer pour maintenir la and the actions to be taken to maintain the
teneur en soufre dans une plage prédéterminée. sulfur content in a predetermined range.
D'autres caractéristiques et avantage de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion seront mis en évidence dans la suite de la description, will be highlighted in the rest of the description,
donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 montre une forme possible du signal traité par le procédé conforme à l'invention; La Figure 2 est un schéma à blocs du dispositif conforme à l'invention; 20. La Figure 3 montre un agencement avantageux du circuit électrique intervenant dans l'unité de traitement de signaux du dispositif conforme à l'invention; et La Figure 4 représente un autre agencement avantageux du circuit électrique intervenant dans l'unité given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 shows a possible form of the signal processed by the method according to the invention; Figure 2 is a block diagram of the device according to the invention; 20. Figure 3 shows an advantageous arrangement of the electrical circuit involved in the signal processing unit of the device according to the invention; and Figure 4 shows another advantageous arrangement of the electrical circuit involved in the unit
de traitement de signaux du dispositif conforme à l'inven- signal processing apparatus according to the invention.
tion. Il est particulièrement avantageux d'appliquer tion. It is particularly advantageous to apply
le procédé conforme à l'invention à la production d'acier. the process according to the invention for the production of steel.
A cet égard, un des problèmes rencontrés consiste dans la détermination du moment optimal de coulée et ainsi dans In this respect, one of the problems encountered consists in determining the optimum moment of casting and thus in
le suivi d'un processus o une matière d'alliage pulvéri- following a process where a pulverulent alloy material
sée est introduite et dissoute dans le bain d'acier main- is introduced and dissolved in the steel bath
tenu en écoulement turbulent par brassagepar induction. La -9 coulée de l'acier dans les moules peut commencer à un kept in turbulent flow by induction stirring. The casting of steel into the molds can start at a
degré déterminé, par exemple de 99 %, de dissolution. determined degree, for example of 99%, of dissolution.
La dissolution constitue un processus faisant inter- Dissolution is a process that involves
venir des conditions cinétiques de diffusion. La pro- come kinetic conditions of diffusion. The pro-
duction de bruit accompagnant l'écoulement du liquide estcaptéeparunappareildemesuredesondespropagéesparlemilieu, noise duct accompanying the flow of liquid is matched by an apparatus of
qui est fixé sur la surface de la plaque de re- which is fixed on the surface of the plate
couvrement du récipient contenant le bain d'acier et covering the container containing the steel bath and
qui capte les vibrations acoustiques jusqu'à 16 kHz. which captures acoustic vibrations up to 16 kHz.
On élimine d'abord par filtrage le bruit causé par la First of all, the noise caused by the
fréquence du secteur dans le spectre obtenu par la me- frequency of the sector in the spectrum obtained by the
sure, ce qui signifie qu'une partie du spectre jusqu'à une fréquence de 100 Hz est enlevée de ce spectre et sure, which means that part of the spectrum up to a frequency of 100 Hz is removed from this spectrum and
par conséquent on peut éliminer l'influence du trans- therefore the influence of the trans-
formateur de courant de l'unité de brassage par induc- current trainer of the induction brewing unit
tion. On obtient ainsi une fonction y = y (x) à un moment de la mesure, comme le montre par exemple la tion. We thus obtain a function y = y (x) at a moment of the measurement, as shown for example by the
Figure 1 o y désigne l'amplitude et x la fréquence. Figure 1 where y denotes the amplitude and x the frequency.
Sur la Figure 1, f = 100 Hz définit la fréquence li- In Figure 1, f = 100 Hz defines the free frequency
mite inférieure d'analyse du spectre, F = 16 kHz dé- lower spectrum analysis spectrum, F = 16 kHz de-
finit sa fréquence limite supérieure et H = 5 kHz finishes its upper limit frequency and H = 5 kHz
définit la fréquence de référence. Cette dernière dé- sets the reference frequency. This last
termine dans le spectre deux zones partielles T1 et T2 correspondant à des valeurs utiles variables dans le temps. L'essence du procédé consiste en ce que les fonctions y = y (x, ti) correspondant aux instants ends in the spectrum two partial areas T1 and T2 corresponding to useful values that vary over time. The essence of the process is that the functions y = y (x, ti) corresponding to the instants
suivants ti sont analysées et, en fonctiondes varia- are analyzed and, depending on the variations
tions, on détermine l'évolution du processus. Lors de tions, the evolution of the process is determined. During
l'analyse, on peut par exemple prendre en considéra- the analysis, one can take for example
tion les valeurs utiles suivantes: la valeur utile Il correspondant à la zone partielle T1 comprise entre Hz et 5 kHz et la valeur I2 correspondant à la plage spectrale analysée complètement entre 100 Hzet the following values: the useful value Il corresponding to the partial area T1 between Hz and 5 kHz and the value I2 corresponding to the spectral range analyzed completely between 100 Hz and
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16 kHz. Comme signal de mesure, on utilise le rapport 16 kHz. As a measurement signal, the report is used
Il/I2, dont les valeurs variables dans le temps déter- Il / I2, whose variable values over time determine
minent la fonction de temps R(t). En se basant sur la fonction de transition, déterminée au préalable par des mesures, du coefficient de diffusion en turbulenceDturb et sur la fonction de temps R(t), on peut déterminer les valeurs momentanées du coefficient de diffusionen turbulence Dturb. Les valeurs momentanées obtenues, l'instant d'introduction de la matière d'alliage ainsi que la quantité de matière introduite constituent les min out the time function R (t). Based on the transition function, previously determined by measurements, of the turbulence diffusion coefficient Dturb and on the time function R (t), the momentary values of the turbulence diffusion coefficient Dturb can be determined. The momentary values obtained, the moment of introduction of the alloying material and the quantity of material introduced constitute the
données de base, à partir desquelles on peut détermi- basic data, from which it can be determined
ner les valeurs de concentrations caractéristiques de values of characteristic concentrations of
l'évolution de la dissolution.the evolution of the dissolution.
Une autre possibilité consiste à déterminer les valeurs momentanées de la fonction de temps R(t) en se basant sur un rapport I3/I2, o I2 désigne lavaleur Another possibility is to determine the momentary values of the time function R (t) based on a ratio I3 / I2, where I2 denotes the value
utile ou moyenne précitée et o la valeur utile ou va- above-mentioned useful or average value and where the useful or
leur moyenne I3 a été déterminée au moyen d'une fonc- their average I3 was determined by means of a function
tion y(x,ti).z(x), z(x) désignant une fonction de mise en forme de spectre correspondante. En ce qui concerne z(x), on peut sélectionner entre autres une fonction y (x, ti) .z (x), z (x) denoting a corresponding spectrum shaping function. With regard to z (x), one can select among other things a function
monotone croissante de la variable x, par exem- increasing monotonousness of variable x, for example
ple mille fois la partie entière du rapport x/1000. a thousand times the whole part of the ratio x / 1000.
Cette opération est en réalité une transformation du spectre. A l'aide de cette fonction, on peut éliminer par filtrage l'influence des amplitudes des vibrations This operation is actually a transformation of the spectrum. Using this function, the influence of the amplitudes of the vibrations can be eliminated by filtering.
inférieures à 1000 Hz et on peut intensifier l'influ- below 1000 Hz and the influence can be increased
ence des fréquences supérieures. Lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, l'intensité higher frequencies. When carrying out the process according to the invention, the intensity
du phénomène acoustique peut avantageusement être aug- the acoustic phenomenon can be advantageously
mentée, dans le cas o l'écoulement turbulent du liquide in the case where the turbulent flow of the liquid
est soumis à une action o des bulles sont engendrées. is subjected to an action where bubbles are generated.
Dans ce but, on introduit une matière solide sous forme For this purpose, a solid material is introduced in the form of
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pulvérulente ayant un point de vaporisation égal à la température du liquide, une matière tensio-active ou powder having a vaporization point equal to the temperature of the liquid, a surfactant material or
bien on injecte un gaz de telle sorte que les matiè- well we inject a gas so that the materials
res introduites n'exercent pas une influence défavo- introduced do not exert an adverse influence
rable sur le processus à contrôler. Le dispositif conforme à l'invention (Figure 2) assure le contrôle en temps réel de processus de the process to be controlled. The device according to the invention (FIG. 2) provides real-time control of the process of
transformation hétérogène se déroulant dans des con- heterogeneous transformation taking place in
ditions cinétiques de diffusion dans un écoulement turbulent d'un liquide et il sert également à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Le dispositif contient dans une chaîne en série une unité de captage 1 opérant sur un principe acoustique pour effectuer le Kinetics of diffusion in a turbulent flow of a liquid and it is also used for the implementation of the method described above. The device contains in a series chain a sensing unit 1 operating on an acoustic principle to perform the
suivi du phénomène acoustique se déroulant dans l'écou- acoustic phenomenon taking place in the listening
-lement turbulent de liquide, un amplificateur 2, une unité de traitement de signaux 3 recevant le signal amplifié et une unité de calcul 4 produisant un signal turbulent liquid, an amplifier 2, a signal processing unit 3 receiving the amplified signal and a calculation unit 4 producing a signal
de sortie en fonction du signal traité. L'unité de cal- output depending on the processed signal. The unit of cal-
cul 4 comporte avantageusement des entrées 11, 12, 13 ass 4 advantageously comprises inputs 11, 12, 13
permettant l'introduction de valeurs fixes caractéris- permitting the introduction of fixed values
tiques du processus, de valeurs d'étalonnage et de don- processes, calibration values and data
nées en temps réel.born in real time.
L'unité de traitement de signaux 3et l'unité de calcul 4 du dispositif conforme à l'invention peuvent The signal processing unit 3 and the calculation unit 4 of the device according to the invention can
également être agencées sous fo me d'une machine à cal- may also be arranged under a machine for calcu-
culer programmée en correspondance, auquel cas le signal de sortie de l'unité de calcul 4 est appliqué àd'autres dispositifs de commande ou de régulation du processus, ce qui permet d'agir sur le processus à contrôler, par In this case, the output signal of the calculation unit 4 is applied to other control or regulation devices of the process, which makes it possible to act on the process to be controlled by
exemple par addition de matières déterminées, par aug- example by addition of specified materials, by increasing
mentation de l'intensité de mélange, etc. L'unité de traitement de signaux 3 comporte un circuit électrique qui peut convertir à volonté le mixing intensity, etc. The signal processing unit 3 comprises an electrical circuit which can convert at will the
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signal de sortie de l'amplificateur 2 et fournir ainsi les différentes informations concernant le processus à output signal from amplifier 2 and thus provide the various information regarding the process to
contrôler. On a indiqué dans la suite quelques possibi- control. In the following, some possibilities have been
lités d'agencement avantageux de ce circuit: le signal de sortie de l'amplificateur 2relié à l'unité de captage 1 est transmis à plusieurs filtres à bande étroite 6 (Figure 3), par l'intermédiaire d'un Advantageous arrangement of this circuit: the output signal of the amplifier 2 connected to the pickup unit 1 is transmitted to several narrow-band filters 6 (FIG. 3), via a
filtre passe-haut 15 et d'un filtre passe-bas14 (Figure 4). high-pass filter 15 and a low-pass filter 14 (Figure 4).
Les signaux de sortie des filtres sont appliqués direc- The output signals of the filters are applied directly
tement (Figure 4) ou bien par l'intermédiaire d'unités (Figure 4) or through units
multiplicatrices 7 (Figure 3), à des sommateurs 8 et en- multipliers 7 (Figure 3), to summators 8 and
suite à des composants 9 servant à la détermination de la valeur utile ou de la valeur moyenne. Les sorties de ces derniers composants sont reliées à une unité de division following components 9 for determining the useful value or the average value. The outputs of these latter components are connected to a division unit
analogique ou numérique 10. Le signal de sortie de l'u- analogue or digital 10. The output signal of the
nité de traitement de signaux est le signal de l'unité signal processing unit is the signal of the unit
de division 10, qui représente, sous la forme d'un si- division 10, which represents, in the form of a
gnal de mesure, les valeurs momentanées de la fonction measurement scale, the momentary values of the function
de temps R(t).of time R (t).
A l'aide du filtre à bande étroite 6, il est With the aid of the narrow-band filter 6, it is
possible, si nécessaire, d'assurer également l'élimina- possible, if necessary, also to ensure the elimination
tion des bruits par filtrage, ce qui correspond à une noise filtering, which corresponds to a
opération de transformation du spectre. spectrum transformation operation.
L'unité de captage 1 du dispositif conforme à The sensor unit 1 of the device according to
l'invention est agencée généralement sous forme d'un mi- the invention is generally arranged in the form of a
crophoneoud'unappareildemesuredesondespropagéesparlemilieu, crophoneoud'unappareildemesuredesondespropagéesparlemilieu,
dont le signal de sortie est converti par l'unité de trai- whose output signal is converted by the processing unit
tement de signaux 3, ce qui permet à l'unité de calcul de produire le signal nécessaire pour une indication ou bien 3, which allows the computing unit to produce the signal necessary for an indication or
* pour un enclenchement des unités d'action.* for an activation of the action units.
L'invention va être expliquée de façon plus dé- The invention will be explained in more detail
taillée dans la suite à l'aide d'un exemple de mise en cut in the following with the help of an example of
oeuvre plus concret.more concrete work.
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EXEMPLEEXAMPLE
Le problème consiste à assurer la désulfuration The problem is to ensure the desulfurization
de 64 tonnes d'acier dans un bain. Dans ce but, on insuf- 64 tons of steel in a bath. For this purpose, we
fle une matière active pulvérulente dans un courant de gaz a pulverulent active substance in a stream of gas
porteur neutre.au moyen d'une lance plongée dans le bain. neutral carrier.by means of a lance plunged into the bath.
L'acier fondu reste en écoulement turbulent et The molten steel remains in turbulent flow and
il existe dans celui-ci non seulement des bulles produi- in it there are not only bubbles produced
tes par cavitation mais également Ies bulles du gaz por- by cavitation but also the bubbles of the carrier gas
teur. La transformation hétérogène dans des conditions tor. Heterogeneous transformation under conditions
cinétiques de diffusion produit une réaction qui se dé- kinetics of diffusion produces a reaction which is
roule sur la surface des parties en dispersion, lesdites rolls on the surface of the dispersed parts, the said
parties étant produites en résultat des réactions se dé- parts being produced as a result of reactions
roulant entre la matière active introduite et l'acier fondu. Pendant la réaction sur lesdites surfaces, le between the introduced active ingredient and the molten steel. During the reaction on said surfaces, the
soufre quitte l'acier du bain et pénètre dans les par- sulfur leaves the steel of the bath and enters the
ties en dispersion. Les parties en dispersion quittent le bain d'acier dans un temps déterminé, leur étendue surfacique étant pratiquement indépendante de l'absence in dispersion. The dispersed parts leave the steel bath in a determined time, their area extent being virtually independent of the absence
de soufre (la teneur en soufre).of sulfur (the sulfur content).
Pour la production du signal de mesure, c'est- For the production of the measurement signal,
à-dire d'un signal représentant la valeur momentanée de that is, a signal representing the momentary value of
la fonction de temps R(t), on utilise un microphone sen- the time function R (t), a sen-
sible à l'orientation et dont le signal amplifiéesttrans- orientation and whose amplified signal is trans-
mis à un filtre passe-haut 14 ayant une limite de bande de 7 kHz et un autre filtre passe-haut comportant une limite inférieure de passage de 100 Hz. Ce dernier élimine par filtrage les bruits de basse fréquence, dont la source se set to a high-pass filter 14 having a band limit of 7 kHz and another high-pass filter having a lower pass limit of 100 Hz. The latter filters out the low-frequency noise, the source of which is
situe dans le transformateur de courant opérant à proximi- located in the current transformer operating near
té. Les bruits présentent l'amplitude maximale à la fré- you. The noises present the maximum amplitude at the frequency
quence de 50 Hz. Les signaux de sortie du filtre sont ap- 50 Hz. The output signals of the filter are
pliqués directement respectivement à un composant 9 servant à déterminer la valeur utile et des composants 9 sont reliés directly connected respectively to a component 9 for determining the useful value and components 9 are connected
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à une unité de division analogique 10. De cette manière, to an analog division unit 10. In this way,
on produit des signaux électriques proportionnels aux uni- electrical signals are produced which are proportional to the
tés d'énergie de la plage spectrale désignée par T2 sur energy levels of the spectral range designated by T2 on
la Figure 1 et de la plage spectrale totale, dont la pro- Figure 1 and the total spectral range, the pro-
portion détermine le signal de mesure, c'est-à-dire la portion determines the measurement signal, i.e. the
fonction de temps R(t).time function R (t).
En vue de la préparation du contrôle, on a With a view to the preparation of the control,
effectué plusieurs fois un suivi du processus de désul- several times a follow-up of the desul-
furation, et notamment en vue d'une déterminationde la fonction de transition entre la fonction de temps R(t) furation, and in particular with a view to determining the transition function between the time function R (t)
et le coefficient de diffusion en turbulence en utili- and the turbulence diffusion coefficient using
sant le dispositif conforme à l'invention. La teneur en soufre de l'acier est déterminée par des mesures basées sur une photométrie de flamme qui sont effectuée sur des échantillons prélevés avant et après le traitement (dans l'usine métallurgique avant la coulée et dans le bain d'acier avant le déversement dans des moules). A partir des valeurs obtenues pour la fonction de temps R(t) et the device according to the invention. The sulfur content of the steel is determined by measurements based on flame photometry that are carried out on samples taken before and after the treatment (in the metallurgical plant before casting and in the steel bath before the spill). in molds). From the values obtained for the time function R (t) and
également à partir des données d'analyse, on a pu éta- also from the analysis data, we were able to
blir par le calcul que l'équation cinétique concernant la concentration réelle en soufre S(t) dans le cas des valeurs de R(t) comprises entre 0, 05 et 0,80 pouvait s'écrire sous la forme concrète suivante: dS(t) R(t) calculate that the kinetic equation for the actual sulfur concentration S (t) in the case of values of R (t) between 0.05 and 0.80 could be written in the following concrete form: dS ( t) R (t)
- = - 0,89- = - 0.89
dt S(t) - E(t) Dans cette équation, E(t) désigne la concentration en soufre dans la condition d'équilibre et à cet égard, dt S (t) - E (t) In this equation, E (t) denotes the concentration of sulfur in the equilibrium condition and in this respect,
pour des raisons théoriques, on peut indiquer l'équa- for theoretical reasons, we can indicate the equa-
tion: S0 E(t) = 1 + 0,0225 m(t)S0 E (t) = 1 + 0.0225 m (t)
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o SO désigne la teneur en soufre avant le traitement (avant la coulée dans l'usine métallurgique) et m(t) o NA means the sulfur content before the treatment (before casting in the metallurgical plant) and m (t)
désigne la quantité de la matière active injectée jus- means the quantity of the active ingredient injected
qu'au moment t du traitement et déterminée-par une pesée électronique. Le contrôle du processus en temps réel est at the time of treatment and determined by electronic weighing. Real-time process control is
effectué de telle sorte que les signaux de mesure re- performed in such a way that the measurement signals
présentant la fonction de temps R(t) soient appliqués au dispositif conforme à l'invention et que les signaux having the time function R (t) are applied to the device according to the invention and that the signals
de mesure du dispositif de pesée électroniquesoient ap- measuring device of the electronic weighing device
pliqués à un mini-calculateur, qui calcule sur la base de l'équation cinétique concrète, après l'introduction de la valeur SO et à de courts intervalles de temps, les valeurs de la concentration réelle en soufre S(t), et qui assure l'affichage desdites valeurs. Entre le plotted to a mini-calculator, which calculates on the basis of the concrete kinetic equation, after the introduction of the SO value and at short time intervals, the values of the actual sulfur concentration S (t), and which ensures the display of said values. Between the
prélèvement de l'échantillon nécessaire pour la déter- sampling necessary for the determination of
mination de la teneur en soufre SO et le début du trai- sulfur content and the start of treatment.
tement, on doit prévoir une période d'une durée d'en- It is necessary to provide for a period of
viron 20 à 30 minutes pendant laquelle la teneur en soufre peut être déterminée. Le processus proprement dit à contrôler a une durée d'environ 3 à 10 minutes, en fonction de la vitesse d'obtention de la teneur en 20 to 30 minutes during which the sulfur content can be determined. The actual process to be controlled has a duration of about 3 to 10 minutes, depending on the speed of obtaining the
soufre désirée.sulfur desired.
Le contrôle a pour but d'une part d'éviter des rebuts à cause d'une teneur en soufre trop forte, The control aims on the one hand to avoid rejects because of a too strong sulfur content,
d'autre part d'empêcher une mise en solution de l'a- zote provenant de l'environnement à la place du soufre on the other hand to prevent a solution of the nitrogen from the environment in place of sulfur
enlevé, et d'éviter l'utilisation de trop fortes quan- removed, and to avoid the use of excessive quantities
tités de matière active. (L'azote peut remplacer le tients of active ingredient. (Nitrogen can replace
soufre dans l'acier dans le cas o la quantité de sou- sulfur in steel in the case where the amount of sulfur
fre dans le bain d'acier est trop faible). fre in the steel bath is too weak).
Après les vérifications de contrôle, comme indiqué ci-dessus, on a pu déterminer que les valeurs After the control checks, as indicated above, it was determined that the values
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de concentration indiquées par le dispositif concordaient, concentrations indicated by the device matched,
en tenant compte de la plage de tolérances, avec les va- taking into account the range of tolerances, with
leurs mesurées par analyse photométrique de flamme. La concordance a été confirmée dans le cas de 21 contrôl81es vérifiés. their measured by photometric flame analysis. The concordance was confirmed in the case of 21 verified checks.
Le dispositif conforme à l'invention et le pro- The device according to the invention and the
cédé correspondant fournissent des moyens relativement corresponding supply provide relatively
simples pour un contrôle précis en temps réel de proces- for accurate real-time control of the process.
sus du type précité, auquel cas aucun prélèvement d'échan- mentioned above, in which case no sampling of
tillon n'est nécessaire. Un avantage particulier consiste en ce que, dans des conditions déterminées ( lorsque ce qu'on appelle l'analogie de Reynolds est satisfaite), la valeur du coefficient de diffusion en turbulence peut tillon is necessary. A particular advantage is that, under specified conditions (when so-called Reynolds analogy is satisfied), the value of the turbulence diffusion coefficient can
servir de base dans le calcul du coefficient de viscosi- to be used as a basis for calculating the viscosity
té en turbulence et du coefficient de conductibilité turbulence and conductivity coefficient
thermique en turbulence.thermal turbulence.
Bien que des mesures de contrôle et des calculs soient nécessaires pour obtenir les résultats de mesure corrects, et bien que le processus doive également être surveillé pendant les contrôles, le procédé -proposé et le dispositif correspondant permettent d'obtenir d'une manière sûre des données correctes qui sont nécessaires lors des contrôles en temps réel. On a mis au point de cette manière une solution d'un problème non résolu à Although control measures and calculations are necessary to obtain the correct measurement results, and although the process also needs to be monitored during the checks, the proposed method and the corresponding device make it possible to obtain reliable results. correct data that is needed during real-time checks. In this way, a solution to an unresolved problem has been developed.
l'heure actuelle.the current time.
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |