EP0130960A2 - Procédé pour surveiller le moussage de la scorie - Google Patents

Procédé pour surveiller le moussage de la scorie Download PDF

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EP0130960A2
EP0130960A2 EP84870068A EP84870068A EP0130960A2 EP 0130960 A2 EP0130960 A2 EP 0130960A2 EP 84870068 A EP84870068 A EP 84870068A EP 84870068 A EP84870068 A EP 84870068A EP 0130960 A2 EP0130960 A2 EP 0130960A2
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foam
sound
frequency band
difference
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EP84870068A
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Daniel Léon Ramelot
Jean-Paul François Fischbach
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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
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    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • 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
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/36—Processes yielding slags of special composition
    • C21C2005/366—Foam slags

Definitions

  • the present invention relates to a process for monitoring the foaming of slag in pig iron refining converters with the blowing of an oxidizing gas such as, for example, enriched air or industrially pure oxygen.
  • an oxidizing gas such as, for example, enriched air or industrially pure oxygen.
  • a method for determining the foaming of the slag in which, on the one hand, the intensity of the sound coming from the converter is continuously measured in a determined frequency band, and on the other hand, the gases contained in the converter and the flow of C0 2 leaving the converter is determined.
  • a law of variation of the height of the foam above the metal bath is established for the duration of the blowing.
  • This method has provided interesting results, but it nevertheless has the disadvantage of requiring the simultaneous measurement of several quantities; namely the intensity of the sound, the com position of the gases and the flow of C0 2 . It imposes a large volume of calculations which indirectly provide the value of the height of foam.
  • the subject of the present invention is a method making it possible to remedy this drawback.
  • the first frequency band is advantageously between 150 Hz and 1000 Hz, preferably between 300 Hz and 500 Hz
  • the second frequency band is advantageously between 5 Hz and 40 Hz, preferably between 15 Hz and 30 Hz.
  • the Applicant has found that the intensity SI of sound measured in the first frequency band increases rapidly, then undergoes a rapid decrease, until it is covered by the background noise from the steelworks. According to the Applicant's observations, the rapid attenuation of this intensity corresponds to the moment when the foam reaches the nose of the blowing lance.
  • the signal corresponding to the intensity S 2 measured in the second frequency band is very sensitive to the variation in the level of the foam. It therefore makes it possible to precisely determine the level of the foam in the converter at any time, provided that the installation has been previously calibrated.
  • a limit value corresponding to a level that the foam cannot exceed is fixed at the intensity of the sound measured in said second frequency band, and the conditions of souf setting so that said measured sound intensity does not exceed this limit value.
  • this limit value is fixed between 80% and 90% of the value of the intensity of the sound measured when the foam reaches the level of the nozzle of the converter.
  • This signal S 2 is also influenced by other parameters, in particular the height of the blowing lance, the flow of oxygen blown and the configuration of the installation.
  • the configuration of the installation includes, without limitation, the possible presence of a movable skirt at the mouth of the converter, the position and orientation of the microphone and the geometry of the converter.
  • a correction coefficient taking account of the influence of the various disturbing factors is applied to the signal representative of the measured intensity S 2 .
  • this coefficient can be written: in which a, b, c and d are coefficients specific to each installation.
  • the signal S 2 is not clearly distinguished from the background noise. We then say that the signal / noise ratio is low. The Applicant has found that the detection of the rise of the foam was particularly difficult when this signal / noise ratio was less than 4.
  • This limit value is advantageously fixed between 80% and 90% of the value reached by this difference (S 2 - SI) when the foam reaches the level of the converter nozzle.
  • the limit value is advantageously fixed between 80% and 90% of the value reached by the difference ( S 2 corr. S 1 ) when the foam reaches the level of the nozzle of the converter.
  • FIG. 1 represents the evolution of the sound intensities S 1 and S 2 as a function of time, in the case of a refining operation with foam formation (fig. La) and without foam formation (fig. Lb).
  • FIG. 2 illustrates the effect of the correction applied to the signal S 2 , also during refining with foaming (fig. 2.a) and without foaming of the slag (fig. 2.b).
  • a microphone In a top-blown oxygen converter, a microphone has been installed which picks up a wide spectrum of frequencies, for example up to 1000 Hz. After amplification, the raw signal is subdivided by appropriate filters into two signals SI and S 2 corresponding respectively to the frequency bands chosen, ie from 300 Hz to 500 Hz for S 1 and from 15 Hz and 30 Hz for S 2 .
  • Figure 1 shows records obtained under good conditions.
  • the signal S 1 increases very quickly to a high maximum, then decreases almost as quickly to a point where it remains substantially constant. This point is reached after about 4 minutes; it reflects the moment when the foam reaches the nose of the blowing lance and acts as an absorbent screen with regard to the high frequency sound waves emitted by the lance.
  • the signal S 2 evolves very differently.
  • the signal S 2 increases rapidly when the foam reaches the nose of the lance, and it retains a high value during most of the ripening.
  • FIG. 1 clearly illustrates the representative character of the signal S 2 with regard to the foaming of the slag and the value of the measurement of this signal for monitoring this phenomenon.
  • FIG. 2 represents recordings of the same nature, but obtained under unfavorable conditions. It reflects the effect of the correction applied to the signal S 2 , in accordance with one of the variants of the present invention.
  • the signal S 2 corr. is dissociated from the signal S 2 , but it remains nested in the signal SI and therefore does not allow any significant measurement with regard to the foam (fig. 2.b).
  • FIG. 2 confirms the advantage of the signal S 2 for monitoring the level of the foam. It also reflects the beneficial effect of the correction of the signal S 2 .
  • monitoring of the signal S 2 makes it possible to determine at any time the level of foam in the converter, to assess the risks of overflow and to modify the conditions blowing properly.

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Abstract

Pour surveiller le moussage de la scorie dans un convertisseur à l'oxygène, on mesure l'intensité S1 du son dans une première bande de fréquences (150-1000 Hz) et on détermine à partir de cette première mesure le moment où la mousse atteint la lance de soufflage. On mesure en continu l'intensité S2 du son dans une seconde bande de fréquences (5-40 Hz) et on détermine, à partir de cette seconde mesure, le moment où la mousse atteint un niveau proche du bec du convertisseur. On modifie alors les conditions de soufflage de façon à empêcher le débordement de la mousse.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour surveiller le moussage de la scorie dans les convertisseurs d'affinage de fonte avec insufflation d'un gaz oxydant tel que par exemple de l'air enrichi ou de l'oxygène industriellement pur.
  • La connaissance de l'état de la scorie, et notamment de son moussage, est très importante pour la conduite et la régulation du processus d'affinage de la fonte généralement appelé affinage à l'oxygène. On sait en effet que dans ce type d'affinage, l'état mousseux de la scorie est souvent recherché, parce qu'il favorise les réactions entre le métal et la scorie. scorie.
  • Ces réactions sont particulièrement intenses pendant la première partie de l'affinage, c'est-à-dire pendant environ les trois premiers quarts de la durée du soufflage d'oxygène. C' est pendant cette période que le moussage de la scorie est le plus important.
  • Il convient toutefois, pendant cette période, d'éviter un moussage exagéré de la scorie, qui pourrait donner lieu à des débordements, avec tous les inconvénients propres à une telle éventualité : danger pour le personnel, arrêt de l'installation, réparations, pertes de temps et de matières, etc...
  • Il peut être utile de rappeler ici que, dans la majorité des cas, ce risque de débordement n'existe plus en fin d'affinage, c'est-à-dire pendant les dernières minutes du soufflage, car à ce moment, la mousse a pratiquement disparu.
  • De nombreuses méthodes de mesure pour déterminer la hauteur d'une telle mousse ont déjà été préconisées; dans les procédés d'affinage avec soufflage par le haut notamment, il existe des méthodes faisant appel à des thermocouples disposés sur la lance d'affinage ou à la mesure de la température de l'eau servant à refroi-. dir la lance d'affinage.
  • D'autres procédés connus mettent en oeuvre des ondes optiques (laser) ou électromagnétiques, ainsi que des méthodes basées sur l'intensité du bruit provenant du convertisseur.
  • On connaît notamment un procédé pour déterminer le moussage de la scorie, dans lequel.d'une part, on mesure en continu l'intensité du son provenant du convertisseur dans une bande de fréquences déterminée, et d'autre part on analyse en continu les gaz contenus dans le convertisseur et on détermine le débit du C02 sortant du convertisseur. Par des calculs appropriés, on établit une loi de variation de la hauteur de la mousse au-dessus du bain métallique pendant toute la durée du soufflage.
  • Cette méthode a fourni des résultats intéressants, mais elle présente néanmoins l'inconvénient de nécessiter la mesure simultanée de plusieurs grandeurs; à savoir l'intensité du son, la composition des gaz et le débit de C02. Elle impose un important volume de calculs qui fournissent de manière indirecte la valeur de la hauteur de mousse.
  • La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à cet inconvénient.
  • Ce procédé est fondé sur la constatation, tout à fait inattendue, selon laquelle l'intensité du son provenant du convertisseur dans certaines bandes de fréquences dépend directement de la hauteur de la mousse dans le convertisseur. Etant donné que l'intensité sonore est différemment influencée par la mousse selon la fréquence du son, le Demandeur a pu vérifier qu'il était possible de surveiller l'évolution du moussage de la scorie par la mesure de l'intensité du son dans deux bandes de fréquences judicieusement choisies.
  • Conformément à cette constatation, le procédé__pour surveiller le moussage de la scorie qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on mesure l'intensité du son provenant du convertisseur au cours de l'affinage, est essentiellement caractérisé en ce que :
    • - on mesure en continu l'intensité SI du son dans une première bande de fréquences,
    • - on détermine, à partir de la mesure dans cette première bande de fréquences, le moment où la mousse atteint la lance de soufflage,
    • - on mesure en continu l'intensité S2 du son dans une seconde bande de fréquences,
    • - on détermine, à partir de la mesure dans cette seconde bande de fréquences, le moment où la mousse atteint un niveau proche du bec du convertisseur,
    • - on modifie les conditions du soufflage, de façon à empêcher le débordement de la mousse.
  • Selon l'invention, la première bande de fréquences se situe avantageusement entre 150 Hz et 1000 Hz, de préférence entre 300 Hz et 500 Hz, et la seconde bande de fréquences se situe avantageusement entre 5 Hz et 40 Hz, de préférence entre 15 Hz et 30 Hz.
  • Le Demandeur a constaté que l'intensité SI du son mesurée dans la première bande de fréquences augmente rapidement, puis subit une diminution rapide, jusqu' être couverte par le bruit de fond de l'aciérie. Selon les observations du Demandeur, l'atténuation rapide de cette intensité correspond au moment où la mousse atteint le nez de la lance de soufflage.
  • Le Demandeur a également constaté avec surprise que l'intensité S2 du son mesurée dans la seconde bande de fréquences, augmente de façon très nette à partir du moment où la mousse a atteint le nez de la lance, jusqu'au moment où elle atteint le bec du convertisseur et commence à déborder.
  • Il est dès lors avantageux, selon l'invention, de choisir pour l'intensité du son dans la seconde bande de fréquences, une valeur limite correspondant à un niveau de mousse pour lequel il n'existe pas de risque de débordement.
  • Le signal correspondant à l'intensité S2 mesurée dans la seconde bande de fréquences est très sensible à la variation du niveau de la mousse. Il permet donc de déterminer avec précision le niveau de la mousse dans le convertisseur à un instant quelconque, pour autant que l'installation ait été préalablement étalonnée.
  • Selon une mise en oeuvre intéressante du procédé de l'invention, on fixe à l'intensité du son mesurée dans la dite seconde bande de fréquences, une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser, et on règle les conditions de soufflage de façon que la dite intensité de son mesurée ne dépasse pas cette valeur limite.
  • Selon une variante avantageuse, on fixe cette valeur limite entre 80 % et 90 % de la valeur de l'intensité du son mesurée au moment où la mousse atteint le niveau du bec du convertisseur.
  • Ce signal S2 est également influencé par d'autres paramètres, notamment la hauteur de la lance de soufflage, le débit d'oxygène soufflé et la configuration de l'installation. Au sens de la présente demande, la configuration de l'installation englobe de façon non limitative, la présence éventuelle d'une jupe mobile à l'embouchure du convertisseur, la position et l'orientation du microphone et la géométrie du convertisseur.
  • Selon l'invention, on applique au signal représentatif de l'intensité mesurée S2 un coefficient de correction tenant compte de l'influence des divers facteurs perturbateurs.
  • Ce coefficient, désigné ici par k, peut avoir la forme générale suivante :
    Figure imgb0001
    • dans laquelle : HL est la hauteur de la lance,
    • Qo2 est le débit d'oxygène soufflé,
    • F 2 est un facteur de forme traduisant l'influence de la configuration du convertisseur, telle qu'elle a été définie plus haut.
  • Dans une forme simplifiée, tenant compte des deux paramètres les plus importants, ce coefficient peut s'écrire :
    Figure imgb0002
     dans laquelle a, b, c et d sont des coefficients propres à chaque installation.
  • Dans le cadre d'un procédé d'affinage de fonte faisant appel au moussage de la scorie, il est souhaitable de surveiller l'évolution de la mousse avec une attention particulière pendant la période au cours de laquelle il existe des risques de débordement.
  • On a montré plus haut que cette période pouvait être déterminée de façon précise dans le temps et qu'elle se situait après le moment où la mousse atteint le nez de la lance de soufflage.
  • Dans certains cas cependant, le signal S2 ne se distingue pas de façon suffisamment nette du bruit de fond. On dit alors que le rapport signal/bruit est faible. Le Demandeur a constaté que la détection de la montée de la mousse était particulièrement malaisée lorsque ce rapport signal/bruit était inférieur à 4.
  • En vue d'améliorer la surveillance du niveau de la mousse entre le nez de la lance et le bec du convertisseur, particulièrement lorsque le rapport signal/bruit est inférieur à 4, il a été trouvé intéressant, selon l'invention, d'effectuer la différence (S2 - SI) entre les signaux représentatifs des intensités mesurées dans les deux bandes de fréquences, de fixer à cette différence une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser, et de régler les conditions de soufflage, de façon que cette différence ne dépasse pas la dite valeur limite.
  • Cette valeur limite est avantageusement fixée entre 80 % et 90 % de la valeur atteinte par cette différence (S2 - SI) au moment où la mousse atteint le niveau du bec du convertisseur.
  • Selon cette mise en oeuvre, il s'est également avéré avantageux d'appliquer à la dite différence (S2 - S1) le coefficient de correction tenant compte de l'influence de facteurs perturbateurs tels que la hauteur de la lance et le débit d'oxygène soufflé.
  • Dans certains autres cas, il arrive que le signal S2 soit fortement perturbé alors que le signal S1 ne l'est pas ou l'est nettement moins que S2.
  • Pour réaliser dans ces cas une détection significative du niveau de la mousse, il s'est avéré intéressant de mesurer les intensités S1 et S2 du.son dans la première et dans la seconde bande de fréquences, d'appliquer au signal S2 le coefficient de correction tenant compte de l'influence des facteurs perturbateurs dé- jà cités, d'effectuer la différence (S2 corr. - S 1) entre le signal S2 corrigé et le signal S1, de fixer à cette différence une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser et de régler les conditions de soufflage, de façon que cette différence ne dépasse pas la dite valeur limite.
  • Dans ce cas également, la valeur limite est avantageusement fixée entre 80 % et 90 % de la valeur atteinte par la différence (S 2 corr. S 1) au moment où la mousse atteint le niveau du bec du convertisseur.
  • Afin d'illustrer le principe sur lequel repose le procédé de l' invention, on va en décrire deux mises en oeuvre particulières, en faisant référence aux figures annexées.
  • La figure 1 représente l'évolution des intensités sonores S1 et S2 en fonction du temps, dans le cas d'une opération d'affinage avec formation de mousse (fig. l.a) et sans formation de mousse (fig. l.b).
  • La figure 2 illustre l'effet de la correction appliquée au signal S2, également lors d'un affinage avec moussage (fig. 2.a) et sans moussage de la scorie (fig. 2.b).
  • Dans un convertisseur à soufflage d'oxygène par le haut, on a installé un microphone captant un large spectre de fréquences, par exemple jusqu'à 1000 Hz. Après amplification, le signal brut est subdivisé par des filtres appropriés, en deux signaux SI et S2 correspondant respectivement aux bandes de fréquences choisies, soit de 300 Hz à 500 Hz pour S1 et de 15 Hz et 30 Hz pour S2.
  • La figure 1 montre des enregistrements obtenus dans de bonnes conditions.
  • Elle révèle que le signal S1 augmente très rapidement jusqu'à un maximum élevé, puis diminue presqu'aussi rapidement jusqu'à un point où il reste sensiblement constant. Ce point est atteint après environ 4 minutes; il traduit le moment où la mousse atteint le nez de la lance de soufflage et agit comme un écran absorbant à l'égard des ondes sonores à haute fréquence émises par la lance.
  • Le signal S2 évolue de façon très différente.
  • En cas de moussage de la scorie (fig. l.a), le signal S2 augmente rapidement au moment où la mousse atteint le nez de la lance, et il conserve une valeur élevée pendant la majeure partie de l'affinage.
  • Dans le cas où la scorie ne mousse pas (fig. l.b), le signal S2 est pratiquement indissociable du signal S1. Ce dernier est d' ailleurs plus perturbé qu'en cas de moussage de la-scorie, car il n'existe pas d'écran absorbant les ondes à haute fréquence. y Cette figure 1 illustre clairement le caractère représentatif du signal S2 en ce qui concerne le moussage de la scorie et 1' intérêt de la mesure de ce signal pour la surveillance de ce phénomène.
  • La figure 2 représente des enregistrements de la même nature, mais obtenus dans des conditions défavorables. Elle traduit 1' effet de la correction appliquée au signal S2, conformément à l'une des variantes de la présente invention.
  • En cas de moussage (fig. 2.a), la correction appliquée au signal S2 permet de distinguer nettement le signal S2 corr. du signal SI et dès lors, de le rendre utilisable pour la surveillance du niveau de la mousse.
  • Lorsqu'il n'y a pas de moussage, le signal S2 corr. est dissocié du signal S2, mais il reste imbriqué dans le signal SI et il ne permet dès lors aucune mesure significative à l'égard de la mousse (fig. 2.b).
  • La figure 2 confirme l'intérêt du signal S2 pour la surveillance du niveau de la mousse. Elle traduit en outre l'effet bénéfique de la correction du signal S2.
  • La surveillance du signal S1 permet donc de déceler la présence de mousse dans le convertisseur.
  • En cas de moussage, la surveillance du signal S2, de préférence corrigé conformément au procédé de l'invention, permet de déterminer à tout instant le niveau de la mousse dans le convertisseur, d'apprécier les risques de débordement et de modifier les conditions de soufflage de façon appropriée.
  • Ces modifications peuvent d'ailleurs être commandées automatiquement en fixant au signal S2 une valeur limite, par exemple 60 % à ne pas dépasser, de façon à éviter tout débordement de scorie.

Claims (9)

1. Procédé de surveillance du moussage de la scorie au cours d' une opération d'affinage de fonte dans un convertisseur à l'oxygène, dans lequel on mesure l'intensité du son provenant du convertisseur au cours de l'affinage, caractérisé en ce que l'on mesure l'intensité S1 du son dans une première bande de fréquences, en ce que l'on détermine à partir de cette première mesure, le moment où la mousse atteint la lance de soufflage, en ce que l'on mesure en continu l'intensité S2 du son dans une seconde bande de fréquences, en ce que l'on détermine, à partir de cette seconde mesure, le moment où la mousse atteint un niveau proche du bec du convertisseur et en ce que l'on modifie les conditions du soufflage de façon à empêcher le débordement de la mousse.-
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première bande de fréquences s'étend de 150 Hz à 1000 Hz, et de préférence de 300 Hz à 500 Hz.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde bande de fréquences s'étend de 5 Hz à 40 Hz, et de préférence de 15 Hz à 30 Hz.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on corrige le signal représentatif de. l'intensité du son mesurée dans la seconde bande de fréquences, de façon à tenir compte de l'influence de facteurs perturbateurs, tels que la hauteur de lance et le débit d'oxygène soufflé.
5.Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on fixe, à l'intensité du son dans la dite seconde bande de fréquences, respectivement au signal corrigé représentatif de cette intensité, une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser, et en ce que l'on règle les conditions du soufflage de façon que cette intensité du son,respectivement le signal corrigé représentatif de cette intensité, ne dépasse pas la dite valeur limite.
6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue la différence (S2 - Sl) des intensités du son mesurées dans les dites seconde et première bandes de fréquences, de préférence à partir du moment où la mousse atteint la lance de soufflage, en ce que l'on fixe à cette différence une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser et en ce que l'on règle les conditions du soufflage, de façon que cette différence ne dépasse pas la dite valeur limite.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'on corrige le signal représentatif de la dite différence, de façon à tenir compte de l'influence de facteurs perturbateurs, tels que la hauteur de lance et le débit d'oxygène soufflé.
8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l' on corrige le signal représentatif de l'intensité S2 du son mesurée dans la dite seconde bande de fréquences, en ce que l'on effectue la différence (S2 corr.- SI) de l'intensité corrigée S 2 corr. et de l'intensité S1 mesurées respectivement dans les seconde et première bandes de fréquences, de préférence à partir du moment où la mousse atteint la lance de soufflage, en ce que l'on fixe à cette différence une valeur limite correspondant à un niveau que la mousse ne peut dépasser et en ce que l'on règle les conditions du soufflage de façon que cette différence ne dépasse pas la dite valeur limite.
9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 5, 6 et 8 caractérisé en ce que l'on fixe la dite valeur limite entre 80 % et 90 % de la valeur atteinte par la dite intensité du son, respectivement par la dite différence, au moment où la mousse atteint le niveau du bec du convertisseur.
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