EP0022739B1 - Procédé et dispositif pour la mesure du niveau de la scorie dans un récipient métallurgique et pour l'appréciation de son état physique - Google Patents

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EP0022739B1
EP0022739B1 EP80630021A EP80630021A EP0022739B1 EP 0022739 B1 EP0022739 B1 EP 0022739B1 EP 80630021 A EP80630021 A EP 80630021A EP 80630021 A EP80630021 A EP 80630021A EP 0022739 B1 EP0022739 B1 EP 0022739B1
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slag
pressure
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Jean Baumert
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Arbed SA
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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for measuring the level and for assessing the physical state of the slag in a metallurgical vessel, in particular in a steelworks converter.
  • Knowledge of the level of slag in a steelworks converter is important, both from the metallurgical point of view, as a parameter of the degree of refining progress, and from the point of view of safety, in order to prevent overflow .
  • the applicant has developed a system for measuring the level of the slag which allows at the same time an evaluation of the consistency thereof, which constitutes important information, especially for the refining of phosphorous cast irons where a slag of a frothy consistency was considered desirable.
  • This measurement system that the applicant has described in Luxembourg patent N ° 71,261, includes a thermostatically controlled acoustic duct which is placed above the converter and which picks up the noise emitted by the oxygen blowing lance. After filtering the frequencies whose origin is foreign to the parameters which are of interest for the measurement proper, we retain a signal whose interpretation allows us to conclude on the degree of the noise absorbed by the slag and thereby on the degree of the sparkling character present as well 'at its level in the crucible.
  • the object of the invention therefore consisted in proposing a system for measuring the level of the slag and its physical state, this measurement system being largely independent of the degree of foaming of the slag and its performance being at least equivalent to that of the systems. known.
  • the measuring method according to the invention which is characterized in that at least two hydrostatic pressure taps swept by gas jets are provided at different levels above the filling level of the crucible. inert with adjustable flow rate, that the pressures of said intakes are initially adjusted to equal values with each other, that the pressures existing at said intakes are then captured and that the level of slag in the crucible is determined by interpreting the deviations of the measured pressures from their initial values.
  • the scanning of the intakes by means of the inert gas ensures that the mouth on the internal face of the refractory, in which the pressure intakes are housed, is always free and as little as possible affected by d '' possible splashes.
  • the idea which is the basis of the invention therefore consists in measuring and interpreting the differences in hydrostatic pressure determined at several well defined levels above the level of the bath in the crucible.
  • the operating principle of the method is as follows: Consider for example three pressure taps, of which 2 (A1 and A2) are at a same level and the 3rd (B) is placed at a higher level, the difference in levels being equal to H.
  • the three intakes are swept by nitrogen flows such that the pressures P A1 , PA2 and P B are equal if the intakes freely open into the crucible cavity, in other words, in the absence of slag. This situation occurs between the development phases and we take advantage of this to align the three pressures to the same value before the start of blowing.
  • the A1 socket is chosen as the reference socket. Its adjusted nitrogen flow determines the starting value of the pressure P Al . We then cancel the differences P A1 -PA2 resp. P A1 -P B.
  • two sockets are therefore provided at the same level, which, in principle, provide identical results at all times. In other words, they allow a relative appreciation of their behavior. If after a few campaigns we find that the behavior of the 2 catches is satisfactory, that is to say reliable and reproducible, we can delete one of the sockets on level A, as well as the associated equipment.
  • the device necessary for implementing the method according to the invention comprises at least two individual sensors, which are embedded at two different levels in the vertical wall of a crucible.
  • Each sensor comprises a rigid pressure tapping tube housed in the crucible refractory, which tube is attached to a flexible tube which crosses the carcass of the crucible and establishes communication with a conventional pressure measuring instrument.
  • FIG. 1 shows in a nonlimiting manner the diagram of a preferred embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of a possible embodiment of the measuring assembly.
  • the pressure tap brick (1) which can be the size of normal neighboring refractory bricks and which contains the pressure tap.
  • This outlet is constituted by a tube made of a refractory material (11), preferably ceramic, which retains its shape, that is to say its cross section for the purging gas, at high temperatures.
  • the tube (11) is housed in a metal tube (12) protecting it with respect to the mechanical forces arising especially during the cooking of the converter and at the start of the campaign until the cooking can be considered as finished.
  • the combination of the two tubes, which wear in parallel with the refractory, must ensure a pressure drop - due to the sweeping gas - stable and reproducible during the whole crucible campaign.
  • the pressure tapping brick On the side of the permanent lining (30), the pressure tapping brick is housed in a mattress of refractory fibers which aims to attenuate the shearing forces to which it risks being exposed at the level of the face separating the two layers of refractory.
  • the pressure tapping brick (1) including the tubes (11), (12) and (13) are wear elements which are replaced each time the crucible is built.
  • the work to be carried out during each replacement is to remove the plug (21), to insert the tube (13), to replace the plug (21), to tighten the packing (22) in order to make the plug watertight vis- opposite the carcass.
  • the pressure is transmitted to the measuring instrument by a tube (41) with a diameter large enough so that there is no appreciable pressure drop due to the flow of the sweeping fluid, in particular the occurrence of nitrogen.
  • the three intakes are swept by nitrogen flow rates such that the pressures P A1 , PA2 and P B are equal if the intakes freely open into the crucible cavity, which is the case in the absence of slag.
  • the three pressures are therefore adjusted to the same value before the start of blowing and / or between the blowing phases.
  • the socket (A1) is chosen as the reference socket.
  • the nitrogen flow (N2) is adjusted manually using a pressure reducer (D).
  • This flow rate determines the starting value of the pressure (P A1 ) '
  • Two regulators (R) cancel the differences P AI -PA2 resp. P AL -P B by action on the valves (VA2) and V B ).
  • This alignment accomplished - operation which takes a few seconds - the regulator inputs (R) are short-circuited which has the effect of freezing the control valves in their last position for example by means of position regulators. In the case of regulating valves controlled by an electric motor, it is sufficient to cut off the output of the regulators (R) in order to block the valves in their last position.
  • the acquisition of A data can be centralized in a computer which is responsible for the transformation of the measurement results into meaningful information for the staff of the steelworks or in a computer which assumes the control of the steel making.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure du niveau et pour l'appréciation de l'état physique de la scorie dans un récipient métallurgique, notamment dans un convertisseur d'aciérie.
  • La connaissance du niveau de la scorie dans un convertisseur d'aciérie est importante, tant du point de vue métallurgique, comme paramètre du degré d'avancement de l'affinage, que du point de vue de la sécurité, en vue de prévenir un débordement.
  • Ainsi le déposant a développé un système de mesure du niveau de la scorie qui permet en même temps une évaluation de la consistance de celle-ci, ce qui constitue une information importante, surtout pour l'affinage de fontes phosphoreuses où une scorie d'une consistance mousseuse était jugée désirable.
  • Ce système de mesure que le déposant a décrit dans le brevet luxembourgeois N° 71.261, comporte un conduit acoustique thermostatisé qui est disposé au-dessus du convertisseur et qui capte le bruit émis par la lance de soufflage d'oxygène. Après filtrage des fréquences dont l'origine est étrangère aux paramètres qui intéressent pour la mesure proprement dite, on retient un signal dont l'interprétation permet de conclure au degré du bruit absorbé par la scorie et par là au degré du caractère mousseux présent ainsi qu'à son niveau dans le creuset.
  • Le développement de procédés d'affinage plus élaborés, comme celui décrit dans la demande de brevet luxembourgeois N° 81.207 du 30 avril 1979, qui comporte en plus du soufflage d'oxygène sur la surface du bain un barbotage du bain au moyen de gaz inerte introduit par le fond du creuset, résulte en la formation d'une scorie de consistance essentiellement non-mousseuse, ce qui apporte des avantages considérables, notamment en ce qui concerne le taux de postcombustion du CO au-dessus du bain. Par suite de l'absence d'une scorie mousseuse le système de mesure décrit plus haut n'est plus apte à fournir des résultats facilement interprétables pour déterminer le niveau de la scorie dans le creuset.
  • La présence d'une scorie plus dense, due à l'effet du barbotage de gaz inerte introduit par le fond du creuset, exige par conséquent l'élaboration d'un système de mesure basé sur des paramètres de mesure autres que le degré d'absorption du bruit émis par la lance de soufflage.
  • Le but de l'invention consistait donc à proposer un système de mesure du niveau de la scorie et de son état physique, ce système de mesure étant largement indépendant du degré de moussage de la scorie et ses performances étant du moins équivalentes à celles des systèmes connus.
  • Ce but est pleinement atteint par le procédé de mesure suivant l'invention qui est caractérisé en ce que l'on prévoit à différents niveaux au-dessus du niveau de remplissage du creuset au moins deux prises de pression hydrostatique, balayées par des jets de gaz inerte à débit réglable, que l'on ajuste initialement les pressions desdites prises à des valeurs égales entre elles, que l'on capte ensuite les pressions existant auxdites prises et que l'on détermine le niveau de la scorie dans le creuset en interprétant les déviations des pressions mesurées par rapport à leurs valeurs initiales.
  • Le balayage des prises au moyen du gaz inerte, qui est de préférence de l'azote, assure que l'embouchure à la face intérieure du réfractaire, dans lequel sont logées les prises de pression, soit toujours dégagée et le moins possible affectée par d'éventuelles éclaboussures.
  • L'idée qui est à la base de l'invention consiste donc à mesurer et à interpréter les différences de la pression hydrostatique déterminées à plusieurs niveaux bien définis au-dessus du niveau du bain dans le creuset.
  • Le principe de fonctionnement du procédé est le suivant : On considère par exemple 3 prises de pression, dont 2 (A1 et A2) se trouvent à un même niveau et la 3e (B) est placé à un niveau plus élevé, la différence des niveaux étant égale à H. Les trois prises sont balayées par des débits d'azote tels que les pressions PA1, PA2 et PB soient égales si les prises débouchent librement dans la cavité du creuset, en d'autres termes, en l'absence de scorie. Cette situation se présente entre les phases d'élaboration et on en profite pour aligner les trois pressions à la même valeur avant le début du soufflage.
  • La prise A1 est choisie comme prise de référence. Son débit d'azote ajusté détermine la valeur de départ de la pression PAl. On annule ensuite les différences PA1-PA2 resp. PA1-PB.
  • A partir du moment où le niveau de la scorie monte au-dessus du niveau A, les valeurs des pressions PA1 et PA2 augmentent à leur tour d'un montant yh, où y est le poids spécifique instantané de la scorie et h est la hauteur dont le niveau de la scorie dépasse le niveau A.
  • Si la scorie monte au-delà du niveau B, la pression PB s'écarte à son tour de sa valeur initiale.
  • En principe la différence des indications PA1 ou PA2 et PB étant égale à yH, permet de calculer γ, puisque H est connu.
  • La différence entre l'indication momentanée de PA et sa valeur initiale permet de calculer le niveau absolu de la scorie à partir du moment où celle-ci est supérieure à B.
  • Dans le but de disposer d'un moyen de contrôle et d'une sécurité supplémentaire on a donc prévu au même niveau A deux prises, qui, en principe, fournissent à tout moment des résultats identiques. En d'autres termes, elles permettent une appréciation relative de leur comportement. Si après quelques campagnes on constate que le comportement des 2 prises est satisfaisant, c'est-à-dire fiable et reproductible, on peut supprimer l'une des prises au niveau A, ainsi que l'appareillage y associé.
  • Le dispositif nécessaire à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comprend au moins deux capteurs individuels, qui sont encastrés à deux niveaux différents dans la paroi verticale d'un creuset. Chaque capteur comprend un tube rigide de prise de pression logé dans le réfractaire du creuset lequel tube est rattaché à un tube souple qui traverse la carcasse du creuset et établit la communication avec un instrument conventionnel de mesure de la pression. Suivant l'invention il suffit de munir la carcasse du creuset, ainsi que le réfractaire de perforations suffisantes pour livrer un passage aux tubes rigides resp. souples et de prévoir dans le garnissage, entre la carcasse et le réfractaire, une chambre que traverse le tube souple et de plier ce dernier en U à l'intérieur de ladite chambre. De ce fait la possibilité d'un déplacement relatif entre le réfractaire et la carcasse est donnée sans danger de cisaillement du tube de prise de pression.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description des dessins. Dans ces dessins la fig. 1 représente de manière non-limitative le schéma d'une forme d'exécution préférée d'un capteur de pression suivant l'invention, tandis que la fig. 2 montre un schéma de principe d'une forme d'exécution possible de l'ensemble de mesure.
  • En fig. 1 on distingue la brique de prise de pression (1), qui peut avoir la taille des briques réfractaires voisines normales et qui contient la prise de pression. Cette prise est constituée par un tube en un matériau réfractaire (11), de préférence céramique, qui conserve sa forme, c'est-à-dire sa section de passage pour le gaz de balayage, aux températures élevées.
  • Le tube (11) est logé dans un tube métallique (12) le protégeant à l'égard des efforts mécaniques surgissant surtout lors de là cuisson du convertisseur et en début de campagne jusqu'au moment où la cuisson peut être considérée comme terminée. La combinaison des deux tubes, qui s'usent parallèlement avec le réfractaire, doit assurer une perte de charge - due au gaz de balayage - stable et reproductible durant toute la campagne du creuset.
  • A l'extrémité « froide de la prise de pression est fixé un tube souple (13) par exemple en cuivre qui est plié en U, afin de rattraper un déplacement relatif éventuel entre le réfractaire et la carcasse (5) du creuset.
  • Du côté du garnissage permanent (30) la brique de prise de pression est logée dans un matelas en fibres réfractaires qui a pour but d'atténuer les efforts de cisaillement auxquels elle risque d'être exposée au niveau de la face séparant les deux couches de réfractaires.
  • La brique de prise de pression (1) y compris les tubes (11), (12) et (13) sont des éléments d'usure qui sont remplacés lors de chaque maçonnage du creuset. Le travail à exécuter lors de chaque remplacement est d'enlever le bouchon (21), d'insérer le tube (13), de remettre le bouchon (21), de serrer le bourrage (22) afin de rendre la prise étanche vis-à-vis de la carcasse.
  • La transmission de la pression vers l'instrument de mesure se fait par un tube (41) d'un diamètre suffisamment grand pour qu'il n'y ait pas de perte de charge appréciable due à l'écoulement du fluide de balayage, en l'occurrence de l'azote.
  • En fig. 2 on distingue les 3 prises de pression A1, A2 et B. Ces prises sont utilement disposées en-dessous du tourillon du creuset. Les prises A1 et A2 se trouvent au même niveau au-dessus de la ligne de remplissage du creuset, tandis que la prise B est placée à une certaine distance au-dessus des prises A1 et A2, la différence entre les niveaux des prises étant égale à H.
  • Les trois prises sont balayées par des débits d'azote tels que les pressions PA1, PA2 et PB sont égales si les prises débouchent librement dans la cavité du creuset, ce qui est le cas en l'absence de scorie. On ajuste donc les trois pressions à la même valeur avant le début de soufflage et/ou entre les phases de soufflage.
  • La prise (A1) est choisie comme prise de référence. Le débit d'azote (N2) est ajusté manuellement à l'aide d'un détendeur (D). Ce débit détermine la valeur de départ de la pression (PA1)' Deux régulateurs (R) annulent les différences PAI-PA2 resp. PAL-PB par action sur les vannes (VA2) et VB). Cet alignement accompli - opération qui prend quelques secondes - les entrées des régulateurs (R) sont court-circuitées ce qui a pour effet de figer les vannes de réglage dans leur dernière position par exemple par l'intermédiaire de régulateurs de position. En cas de vannes de réglage commandées par un moteur électrique, il suffit de couper la sortie des régulateurs (R) afin de bloquer les vannes dans leur dernière position.
  • On distingue également les manomètres ou convertisseurs de pression (QA1, QA2 et QB) qui, combinés aux tuyères à détente critique (TA1, TA2 et TB) remplacent avantageusement les débitmètres onéreux.
  • L'acquisition des données A peut être centralisée en un calculateur qui se charge de la transformation des résultats de mesure en informations significatives pour le personnel de l'aciérie ou en un ordinateur qui assume la conduite de l'élaboration de l'acier.

Claims (11)

1. Procédé pour la mesure du niveau et pour l'appréciation de l'état physique de la scorie dans un récipient métallurgique, notamment dans un convertisseur d'aciérie, caractérisé en ce que l'on prévoit à différents niveaux au-dessus du niveau de remplissage du creuset au moins deux prises de pression hydrostatique, balayées par des jets de gaz inerte à débit réglable, que l'on ajuste initialement les pressions desdites prises à des valeurs égales entre elles, que l'on capte ensuite les pressions existant auxdites prises et que l'on détermine le niveau de la scorie dans le creuset en interprétant les déviations des pressions mesurées par rapport à leurs valeurs initiales.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'azote comme gaz inerte.
3. Procédé suivant les revendications 1-2, caractérisé en ce que l'on prévoit trois prises de pression hydrostatique dont deux sont situées à un même niveau, tandis que la troisième est située à un niveau plus élevé de la paroi verticale du creuset.
4. Procédé suivant les revendications 1-3, caractérisé en ce que l'on utilise l'une des deux prises de pression hydrostatique qui sont situées à un même niveau de la paroi verticale du creuset comme prise de référence vis-à-vis de la prise de pression hydrostatique située à un niveau plus élevé et que l'on utilise l'autre des deux prises comme prise de contrôle de la fiabilité de la mesure.
5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1-4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux capteurs individuels, qui sont encastrés à deux niveaux différents dans la paroi verticale d'un creuset, chaque capteur comprenant un tube rigide de prise de pression qui est rattaché à un tube souple traversant la carcasse du creuset et établissant la communication avec un instrument conventionnel de mesure de la pression.
6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on prévoit dans le réfractaire et dans la carcasse du creuset des perforations suffisantes pour livrer un passage aux tubes rigides resp. souples et que l'on prévoit dans le garnissage, entre la carcasse et le réfractaire, une chambre que traverse librement le tube souple qui est plié en U à l'intérieur de ladite chambre.
7. Dispositif suivant les revendications 5-6, caractérisé en ce que le tube rigide est constitué d'un tube extérieur en métal réfractaire et d'un tube concentrique intérieur en un matériau réfractaire.
8. Dispositif suivant les revendications 5-7, caractérisé en ce que à l'extérieur de la carcasse du creuset le tube souple passe par un bouchon perforé muni d'un bourrage et aboutit dans une chambre fixe, qui est reliée au moyen d'une conduite rigide à un instrument conventionnel de mesure de la pression.
9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la conduite rigide présente un diamètre suffisamment élevé pour minimiser les pertes de charge dues à l'écoulement du fluide de balayage,
10. Dispositif suivant les revendications 5-9, caractérisé en ce que les prises de pression hydrostatique sont disposées en-dessous du tourillon du creuset.
11. Dispositif suivant les revendications 5-10, caractérisé en ce que les instruments de mesure sont reliés à un processeur électronique qui se charge de l'interprétation des signaux de mesure et qui les convertit en signaux de commande.
EP80630021A 1979-07-16 1980-07-02 Procédé et dispositif pour la mesure du niveau de la scorie dans un récipient métallurgique et pour l'appréciation de son état physique Expired EP0022739B1 (fr)

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