EP0029796B1 - Système de mesure de l'épaisseur de la couche de scorie dans un récipient métallurgique et pour l'appréciation de son état physique - Google Patents

Système de mesure de l'épaisseur de la couche de scorie dans un récipient métallurgique et pour l'appréciation de son état physique Download PDF

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EP0029796B1
EP0029796B1 EP80630037A EP80630037A EP0029796B1 EP 0029796 B1 EP0029796 B1 EP 0029796B1 EP 80630037 A EP80630037 A EP 80630037A EP 80630037 A EP80630037 A EP 80630037A EP 0029796 B1 EP0029796 B1 EP 0029796B1
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sound
sensing element
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Jean Baumert
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Arcelor Luxembourg SA
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Arbed SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • 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
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing

Definitions

  • the present invention relates to a system for determining the level and for assessing the physical state of the slag in a metallurgical vessel, in particular in a steelworks to oxygen 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 object of the invention therefore consists in proposing a measurement system making it possible to continue using the principle of measuring the sound of the blowing lance in order to establish the thickness of the slag layer and its consistency, both in in the case of several neighboring crucibles, only in the case of installations where the refining is carried out in a vacuum.
  • the pipes of the cooling system installed in the chimney above the crucible comprise an extension and form a cylindrical crown which projects outwards from the envelope of the chimney and whose axis is inclined towards the center of the crucible, which crown forms the seat of a crimp connected to a circular double-walled cell cooled with water and provided with a central orifice, to which cell is connected an enclosure which contains the actual acoustic sensor.
  • the acoustic sensor is preferably a microphone known per se, as it is used for example in the measurement system described by the applicant in the text of Luxembourg patent n ° 71 261.
  • the same is true for the electronic assembly which is connected to said acoustic sensor and which processes the signals received, as well as their conversion into significant information, either for the operator or for the automatic processor which conducts the refining process.
  • the enclosure which contains the acoustic sensor is advantageously cooled using a neutral gas and may include a water cooling circuit, with a temperature below 15 ° C.
  • the idea which is the basis of the invention consists in designing an acoustic capture installation adapted to the environmental conditions existing inside the crucible-chimney assembly itself and in housing this installation in a place where a maximum protection can be accommodated for the sensor itself which is an extremely sensitive instrument.
  • the enclosure containing the acoustic sensor is connected to the circular cell.
  • a sound recording element in the form of a disc the central part of which is flared, is interposed between the enclosure and the circular cell.
  • This flared blunt part is located inside the central orifice of the circular cell and it is directed towards the source of the noise, i.e. towards the crucible.
  • the disc bears on the one hand against the circular cell and on the other hand by means of a flexible seal, against the enclosure which contains the acoustic sensor.
  • a first embodiment of the measurement system according to the invention consists in providing between the microphone and the sound pick-up element an acoustic tube which is housed in the enclosure.
  • the advantage of this embodiment is that the microphone is thus well located protected from any risk of damage, the acoustic tube can be produced in lengths greater than 3 m. However, this implies the use of a linearization filter making it possible to compensate for the proper resonances of the acoustic tube.
  • a second embodiment provides for housing the microphone directly in the enclosure, opposite the sound pickup element.
  • the microphone is housed in a tube which carries at its end opposite the sound pick-up element a perforated plug preferably made of steel. Between this perforated plug and the microphone is a brass membrane with a thickness of - 0.1 mm which may include a layer of quartz (deposited by vaporization).
  • the role of the perforated plug is to protect the membrane against the heat of radiation and against possible projections, while the membrane itself protects the microphone from dust.
  • the distances between the perforated plug and the membrane, resp. between the diaphragm and the microphone, are defined and reproducible, so that a calibration of the sound recording part is only necessary once.
  • the enclosure which contains the sensor is cooled using a neutral gas, preferably nitrogen, which is introduced behind the enclosure and which exits through the flared part of the sound pickup element.
  • a neutral gas preferably nitrogen
  • the gas makes it possible, by exiting through the flared part of the sound pick-up element, to spread the flames and dust from this orifice.
  • the enclosure usefully includes a double wall cooled with water.
  • This water must also be cold water, with a temperature around 10 ° C, while the water which circulates in the pipes which form the cylindrical ring supporting the measuring device shows temperatures higher than 50 ° vs.
  • the circular cell also has a double wall inside which circulates cooling water.
  • the crimp surrounding the cylindrical crown of pipes can be cooled if necessary, preferably with nitrogen.
  • FIG. 1 shows a diagram of the arrangement according to the invention of the cooling pipes in a cylindrical ring to form the seat of the measuring device
  • fig. 2 shows a section of the embodiment of the installation comprising an intermediate acoustic tube between the microphone and the sound pick-up element
  • FIG. represents the embodiment which provides for housing the microphone directly in front of the sound pickup element.
  • the diagram in fig. 1 shows the advantage achieved by the arrangement according to the invention of the seat for the measuring device.
  • the latter is sheltered from major sources of damage while retaining access to the sources of noise that are to be picked up.
  • the fact of embedding the measuring device in the cooling pipe of the chimney in the manner described also makes it possible to circumvent the difficulties which could arise during cleaning operations in the event that the system is housed independently in the chimney. , eg by suspension. Indeed, the system would constitute in this case an obstacle and would not fail to be damaged during the cleaning operations which necessarily take place in harsh conditions.
  • the crimp 11 is connected to the circular cell 20 which has a water cooling circuit with the inlet mouths, resp. outlet 21 resp. 22.
  • the cell 20 has a central orifice 23 with a diameter of approximately 100 mm.
  • a flexible seal 24 Between the cell 20 and the crimp 11 is a flexible seal 24.
  • the cell 20 is in turn connected to the enclosure 40 which contains the acoustic sensor. Between the cell 20 and the enclosure 40 is the sound pick-up element which is a disc 30, the central part of which forms a blunt flare 31.
  • the disc 30 touches the cylindrical cell 20 on one side, which has the effect a certain cooling of the disc 30. It touches by its other face a flexible seal 25 interposed between the disc 30 and one of the constituent elements of the enclosure 40.
  • the cell 20, disc 30, seal 25 and enclosure 40 is connected using bolts 26.
  • the enclosure 40 comprises the acoustic tube 50 which is housed in the tube 51 through which a stream of nitrogen (N2) passes, which escapes through the orifice of the flared part 31 of the sound pickup element.
  • the tube 50 which may have a length greater than 3 m, leads to the microphone, not shown.
  • fig. 3 is essentially represented the same cell assembly 20, disc 30, seal 25, enclosure 40, as in FIG. 2.
  • the form of execution tion shown in fig. 3, where the microphone 60 is housed directly opposite the sound pick-up element 30, 31, requires that the enclosure 40 include a special cooling water circuit 41 with the mouths 42 and 43. Similarly, it is possible to see the mouth for nitrogen 44, not shown in fig. 2.
  • toroidal rings 70 ensure that the respective distances between the perforated plug 55 and the membrane 56 as well as between the membrane 56 and the microphone 60 are constant and reproducible.
  • the microphone 60 is held in place by means of a spring 57.
  • the terminal part of the enclosure 40 is closed using a plastic padding 58.
  • references 24 in FIG. 2 and 25 in figs 2 and 3 to largely eliminate mechanical vibrations and shocks.
  • the electronic part of the measurement system according to the invention comprises several filters which eliminate noise of undesirable frequencies in the present context and which leave only the sounds which are taken into account for the measurements to be taken. carry out.

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Description

  • La présente invention concerne un système pour la détermination du niveau et pour l'appréciation de l'état physique de la scorie dans un récipient métallurgique, notamment dans un convertisseur d'aciérie à l'oxygène.
  • 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.
  • Etant donné d'une part l'emplacement du capteur acoustique qui est situé essentiellement en dehors du creuset pour réduire le plus possible les risques d'endommagement par projections et éclaboussures, et d'autre part le fait que l'installation de mesure capte les bruits à fréquences caractéristiques issus de la lance de soufflage, il est clair que ladite installation n'est utilisable que sous condition que dans l'aciérie un seul creuset à la fois se trouve en état de soufflage. En effet, dans le cas de 2 ou plusieurs convertisseurs en phase de soufflage, l'installation ne manquerait d'être perturbée par la captation des bruits caractéristiques émis par le convertisseur voisin.
  • Le même système de mesure où l'emplacement du capteur est situé en dehors du creuset est pratiquement inutilisable dans les installations d'affinage où le creuset peut être relié de manière plus ou moins étanche à la cheminée p. ex. à l'aide d'une jupe mobile munie de vérins hydrauliques. Il s'agit dans ce cas d'installations d'affinage où au cours du soufflage on empêche dans la mesure du possible l'accès d'air dans la cheminée, soit pour soustraire les gaz formés au cours de l'élaboration en vue d'une utilisation comme gaz de combustion, soit pour prévenir une post-combustion du monoxyde de carbone au voisinage immédiat de la tuyauterie du système de refroidissement installé dans la cheminée.
  • Le but de l'invention consiste donc à proposer un système de mesure permettant de continuer à utiliser le principe de la mesure du son de la lance de soufflage en vue d'établir l'épaisseur de la couche de scorie et sa consistance, tant dans le cas de plusieurs creusets voisins, que dans le cas d'installations où l'affinage est opéré en vase clos.
  • Ce but est atteint par le système de mesure suivant l'invention dans lequel les tuyaux du système de refroidissement installé dans la cheminée au-dessus du creuset comportent une rallonge et forment une couronne cylindrique qui saillit vers l'extérieur de l'enveloppe de la cheminée et dont l'axe est incliné vers le centre du creuset, laquelle couronne forme l'assise d'un sertissage relié à une cellule circulaire à double paroi refroidie à l'eau et munie d'un orifice central, à laquelle cellule est reliée une enceinte qui contient le capteur acoustique proprement dit.
  • Le capteur acoustique est de préférence un microphone connu en soi, tel qu'il est utilisé p.ex. dans le système de mesure décrit par le déposant dans le texte du brevet luxembourgeois n° 71 261. Il en est de même pour l'ensemble électronique qui est relié audit capteur acoustique et qui assure le traitement des signaux captés, ainsi que leur conversion en informations significatives, soit pour l'opérateur, soit pour le processeur automatique qui conduit le processus d'affinage. L'enceinte qui contient le capteur acoustique est avantageusement refroidie à l'aide d'un gaz neutre et peut comporter un circuit de refroidissement à l'eau, d'une température inférieure à 15°C.
  • L'idée qui est à la base de l'invention consiste à concevoir une installation de captation acoustique adaptée aux conditions d'environnement existant à l'intérieur même de l'ensemble creuset- cheminée et de loger cette installation à un endroit où un maximum de protection peut être accommodé pour le capteur proprement dit qui est un instrument extrêmement sensible. La gageure qui consiste à loger cet instrument à l'intérieur de la cheminée du creuset où règnent des températures supérieures à 1000 °C pour garantir une prise valable des sons de fréquence significative, même en cas d'une installation où l'affinage est opéré en vase clos, n'est possible sans l'aménagement suivant l'invention des tuyaux de refroidissement de la cheminée pour former l'assise de l'enceinte qui contient le capteur acoustique.
  • L'enceinte qui contient le capteur acoustique est reliée à la cellule circulaire. Suivant l'invention un élément de prise du son en forme d'un disque, dont la partie centrale est évasée, est intercalé entre l'enceinte et la cellule circulaire. Cette partie évasée en tromblon se trouve à l'intérieur de l'orifice central de la cellule circulaire et elle est dirigée vers la source du bruit, c.-à.-d. vers le creuset.
  • Le disque s'appuie d'une part contre la cellule circulaire et d'autre part par l'intermédiaire d'un joint souple, contre l'enceinte qui contient le capteur acoustique.
  • Une première forme d'exécution du système de mesure suivant l'invention consiste à prévoir entre le microphone et l'élément de prise du son un tube acoustique qui est logé dans l'enceinte. L'avantage de cette forme d'exécution réside dans le fait que le microphone se trouve ainsi bien à l'abri de tout risque d'endommagement, le tube acoustique pouvant être réalisé en longueurs supérieures à 3 m. Or, ceci implique l'utilisation d'un filtre de linéarisation permettant de compenser les résonnances propres du tube acoustique.
  • Une deuxième forme d'exécution prévoit de loger le microphone directement dans l'enceinte, en face de l'élément de prise du son. Dans ce cas le microphone est logé dans un tube qui porte à son extrémité en face de l'élément de prise du son un bouchon perforé de préférence en acier. Entre ce bouchon perforé et le microphone se trouve une membrane en laiton d'une épaisseur de - 0,1 mm qui peut comporter une couche de quartz (déposée par vaporisation).
  • Le rôle du bouchon perforé consiste à protéger la membrane contre la chaleur d'irradiation et contre d'éventuelles projections, tandis que la membrane elle-même met le microphone à l'abri des poussières.
  • Les distances entre le bouchon perforé et la membrane, resp. entre la membrane et le microphone, sont définies et reproductibles, de manière à ce qu'un étalonnage de la partie prise de son ne soit nécessaire qu'une seule fois.
  • Soit qu'on choisit la première ou la deuxième forme d'exécution du système de mesure suivant l'invention, l'enceinte qui contient le capteur est refroidie à l'aide d'un gaz neutre, de préférence de l'azote, qui est introduit en arrière de l'enceinte et qui sort par la partie évasée de l'élément de prise du son.
  • L'évasement en tromblon de ce dernier, dont la forme rappelle un conduit Venturi, évite des variations brusques de la vitesse d'écoulement et de changements de direction du gaz qui engendrent des bruits parasites.
  • En plus du refroidissement de l'enceinte et du capteur, le gaz permet en sortant par la partie évasée de l'élément de prise du son, d'écarter les flammes et les poussières de cet orifice.
  • En cas de la forme d'exécution qui prévoit de loger le microphone directement en face de l'élément de prise du son, l'enceinte comporte utilement une double paroi refroidie à l'eau. Cette eau doit par ailleurs être de l'eau froide, d'une température aux environs de 10°C, tandis que l'eau qui circule dans les tuyaux qui forment la couronne cylindrique supportant le dispositif de mesure accuse des températures supérieures à 50 °C.
  • La cellule circulaire comporte également une double paroi à l'intérieur de laquelle circule de l'eau de réfrigération. Le sertissage entourant la couronne cylindrique de tuyaux peut en cas de besoin être refroidi, de préférence par de l'azote.
  • D'autres caractéristiques ressortent de la description des dessins où la fig. 1 représente un schéma de l'aménagement suivant l'invention des tuyaux de refroidissement en couronne cylindrique pour former t'assise du dispositif de mesure; la fig. 2 montre une coupe de la forme d'exécution de l'installation comportant un tube acoustique intermédiaire entre le microphone et l'élément de prise du son, tandis que la fig. représente la forme d'exécution qui prévoit de loger le microphone directement en face de l'élément de prise du son.
  • Le schéma en fig. 1 permet de se rendre compte de l'avantage réalisé par l'aménagement suivant l'invention de l'assise pour le dispositif de mesure. En effet, ce dernier se trouve à l'abri des sources majeures d'endommagement tout en gardant un accès vers les sources du bruit qu'il s'agit de capter. Le fait d'encastrer le dispositif de mesure dans la tuyauterie de refroidissement de la cheminée de la manière décrite permet en plus de contourner les difficultés qui pourraient survenir lors d'opérations de nettoyage au cas où le système serait logé de manière indépendante dans la cheminée, p.ex. par suspension. En effet, le système constituerait dans ce cas un obstacle et ne manquerait pas d'être endommagé au cours des opérations de nettoyage qui se déroulent nécessairement dans des conditions rudes.
  • On distingue sur le schéma une coupe à travers le creuset 0 et la cheminée 1, ainsi que la couronne cylindrique qui est formée par les tuyaux de refroidissement 10. Il est bien entendu que la dimension de la couronne est exagérée sur le dessin, par rapport à la dimension de la cheminée et du creuset. Les tuyaux 10 visibles constituent une moitié du cylindre; l'autre moitié se trouvant de l'autre côté du plan de la feuille n'est pas représentée.
  • En fig. 2 on distingue deux tuyaux 10 qui font partie de la couronne cylindrique et qui forment l'assise du sertissage 11. Ce dernier comprend utilement une double paroi pour le cas où un refroidissement, de préférence au gaz, semblerait nécessaire. A cette fin il est prévu une embouchure 12 pour l'introduction du gaz de refroidissement.
  • Au sertissage 11 est reliée la cellule circulaire 20 qui comporte un circuit de refroidissement à l'eau avec les embouchures d'entrée, resp. de sortie 21 resp. 22. La cellule 20 comporte un orifice central 23 d'un diamètre d'environ 100 mm. Entre la cellule 20 et le sertissage 11 se trouve un joint souple 24.
  • La cellule 20 est à son tour reliée à l'enceinte 40 qui contient le capteur acoustique. Entre la cellule 20 et l'enceinte 40 se trouve l'élément de prise de son qui est un disque 30 dont la partie centrale forme un évasement en tromblon 31. Le disque 30 touche par une face la cellule cylindrique 20, ce qui a pour effet un certain refroidissement du disque 30. Il touche par son autre face un joint souple 25 interposé entre le disque 30 et un des éléments constitutifs de l'enceinte 40. L'ensemble cellule 20, disque 30, joint 25 et enceinte 40 est relié à l'aide des boulons 26.
  • L'enceinte 40 comprend le tube acoustique 50 qui est logé dans le tube 51 que traverse un courant d'azote (N2), qui s'échappe par l'orifice de la partie évasée 31 de l'élément de prise du son. Le tube 50, qui peut avoir une longueur supérieure à 3 m, conduit vers le microphone non-représenté.
  • En fig. 3 est représenté essentiellement le même ensemble cellule 20, disque 30, joint 25, enceinte 40, comme en fig. 2. Or, la forme d'exécution représentée en fig. 3, où le microphone 60 est logé directement en face de l'élément de prise du son 30,31, nécessite que l'enceinte 40 comprenne un circuit d'eau de refroidissement 41 spécial avec les embouchures 42 et 43. De même on peut voir l'embouchure pour l'azote 44, non- représentée en fig. 2.
  • On distingue également le microphone 60, qui est protégé contre l'accès de poussières par la membrane 56. Cette dernière est protégée à son tour par le bouchon perforé 55, qui met la membrane 56 à l'abri de la chaleur d'irradiation des flammes et d'éventuelles projections, que le jet d'azote (N2) serait incapable d'écarter.
  • Plusieurs bagues toroïdales 70 assurent que les distances respectives entre le bouchon perforé 55 et la membrane 56 ainsi qu'entre la membrane 56 et le microphone 60 soient constantes et reproductibles. A cette même fin le microphone 60 est maintenu en place à l'aide d'un ressort 57. La partie terminale de l'enceinte 40 est fermée à l'aide d'un rembourrage en matière plastique 58.
  • Suivant l'invention il suffit de prévoir des isolations souples, références 24 en fig. 2 et 25 en figs 2 et 3, pour supprimer en grande partie les vibrations et chocs mécaniques. Il est bien entendu par ailleurs que la partie électronique du système de mesure suivant l'invention comporte plusieurs filtres qui éliminent les bruits de fréquences indésirables dans le présent contexte et qui ne laissent subsister que les sons qui entrent en ligne de compte pour les mesures à effectuer.

Claims (14)

1. Système de mesure pour la détermination du niveau et pour l'appréciation de l'état physique de la scorie dans un récipient métallurgique, notamment dans un convertisseur d'aciérie à soufflage d'oxygène, comprenant un capteur acoustique, caractérisé en ce que des tuyaux (10) du système de refroidissement installé dans la cheminée (1) au-dessus du creuset (0) comportent une rallonge et forment une couronne cylindrique qui saillit vers l'extérieur de l'enveloppe de la cheminée (1) et dont l'axe est incliné vers le centre du creuset (0), laquelle couronne forme l'assise d'un sertissage (11) relié à une cellule circulaire (20) à double paroi refroidie à l'eau et munie d'un orifice central (23), à laquelle cellule (20) est reliée une enceinte (40) qui contient le capteur acoustique proprement dit.
2. Système de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément de prise du son est intercalé entre l'enceinte (40) et la cellule (20).
3. Système de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de prise du son est un disque (30) dont la partie centrale (31) évasée en tromblon est dirigée vers la source du bruit à capter et se trouve à l'intérieur de l'orifice central (23) de la cellule (20).
4. Système de mesure suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le disque (30) s'appuie d'une part contre la cellule (20) et d'autre part, par l'intermédiaire d'un joint souple (25), contre l'enceinte (40) qui contient le capteur acoustique.
5. Système de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un tube acoustique (50) logé dans l'enceinte (40) est intercalé entre le capteur acoustique et l'élément de prise du son (30, 31).
6. Système de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur acoustique est logé dans l'enceinte (40), en face de l'élément de prise du son (30, 31).
7. Système de mesure suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur acoustique est logé dans un tube qui porte à son extrémité en face de l'élément de prise du son (30, 31) un bouchon perforé (55).
8. Système de mesure suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'entre le bouchon perforé (55) et le capteur acoustique se trouve une membrane (56) d'une épaisseur d'environ 0,1 mm.
9. Système de mesure suivant une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les distances entre le bouchon perforé et la membrane, resp. entre la membrane et le capteur acoustique sont définies à l'aide de joints d'écartement (70).
10. Système de mesure suivant une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le capteur acoustique est maintenu en place à l'aide d'un ressort (57).
11. Système de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'enceinte (40) qui contient le capteur est refroidie à l'aide d'un gaz neutre, de préférence de l'azote, qui est introduit en arrière de l'enceinte et qui sort par la partie évasée (31) de l'élément de prise du son.
12. Système de mesure suivant une des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que l'enceinte (40) comporte un circuit de refroidissement à l'eau (41) d'une température inférieure à 15°C.
13. Système de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le sertissage (11) qui entoure la couronne cylindrique comporte un circuit de gaz de refroidissement.
14. Système de mesure suivant une des revendications 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur acoustique est un microphone (60) auquel est relié un ensemble électronique qui comporte des filtres et qui assure le traitement des signaux captés.
EP80630037A 1979-09-28 1980-08-28 Système de mesure de l'épaisseur de la couche de scorie dans un récipient métallurgique et pour l'appréciation de son état physique Expired EP0029796B1 (fr)

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EP0029796A1 EP0029796A1 (fr) 1981-06-03
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