EP0204935A1 - Procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve - Google Patents

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EP0204935A1
EP0204935A1 EP86105644A EP86105644A EP0204935A1 EP 0204935 A1 EP0204935 A1 EP 0204935A1 EP 86105644 A EP86105644 A EP 86105644A EP 86105644 A EP86105644 A EP 86105644A EP 0204935 A1 EP0204935 A1 EP 0204935A1
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flow
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hopper
loading
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Emile Breden
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Paul Wurth SA
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    • C21B7/18—Bell-and-hopper arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/20—Arrangements of devices for charging

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling the loading of a shaft furnace, comprising a rotary or oscillating distribution chute for ensuring the distribution of the material on the loading surface of the furnace, one or more hoppers for storing the material. above the oven, each provided with a metering member for regulating the flow rate of the loading material flowing from the hopper towards the chute, a weighing system for determining the content of the hopper, method according to which it is determined , by calculation or experiment, the initial degree of opening of the valve so that the content of a hopper flows in a determined time, we memorize, for different types of material and different loading conditions, the theoretical curves of a constant flow determined as well as the corresponding position of the metering valve to ensure flow over the determined time, these curves providing at all times the set flow Q and the position of the valve, the actual flow rate Q is established at determined intervals by measuring the reduction in weight ⁇ P of the content of the hopper per unit of time ⁇ t and the actual flow rate Q r is compared with the
  • the reduction in weight reduces the thrust on the flow so that the flow falls below the set flow. Because of this slowing, one necessarily exceeds the time imposed by the loading of the contents of a hopper into the oven, which not only disturbs the loading program, but in addition, is the cause of non-symmetrical loading, c that is, the height of the deposited layer is irregular in the circular direction of the loading surface. Other factors, such as the humidity level or the grain size of the loading material, can influence the flow rate.
  • the object of the present invention is to provide a new method for operating the metering valve so as to ensure an almost uniform flow corresponding to the set flow.
  • the method proposed by the present invention is characterized in that the metering flap is opened each time the actual flow is less than the set flow and in that it is maintained in position when the actual flow is higher than the set flow.
  • the valve opening is advantageously carried out at an amplitude L1 S which corresponds to the difference between the position of the valve corresponding to the set flow Q and that corresponding to the flow real Q r.
  • the actuation speed of the valve is proportional to the difference ⁇ S, that is to say if this difference ⁇ S is large, the valve is moved relatively quickly, whereas if this difference ⁇ S is weak, the valve is moved slowly.
  • ⁇ S the difference between the two valves.
  • Figure 1 shows, in bold lines, the curve representing the actual weight P r , that is to say the measured weight while the curve in dashed lines represents the target weight P which should allow a uniform flow of the material loading in the imposed time T.
  • the gradient of these curves that is to say represents the flow rate which is constant for the curve P.
  • the horizontal evolution of the start of each of the curves P r and P represents shows the phase of opening the metering flap.
  • the reduction in weight of the hopper should be linear to ensure constant flow corresponding to the set flow Q c .
  • the evolution of the two curves shows, from a certain moment, the difference between the weight and the material which is actually in the hopper and that of the material which should still be there to respect the constant flow Q becomes larger and larger and the hopper will not be empty until well beyond the imposed time T.
  • FIG. 4 shows the head of an oven 10 in which there is a chute 12 driven by a drive device 14 to rotate it around the axis of the oven and adjust its angle of discharge.
  • a frame 16 carried by the oven 10 supports, via a series of load cells 20, a hopper 18. These load cells constantly provide information on the weight of the hopper 18 and, consequently, on its content.
  • the flow orifice of this hopper 18 is controlled by a metering valve 22 which can be composed of two registers with symmetrical movement around the axis of the oven.
  • This metering valve 22 is actuated by a hydraulic cylinder 24, while the actual position of the valve is constantly determined by a position detector 26.
  • the hydraulic cylinder 24 controlling the position of the metering valve 22 is actuated by a hydraulic valve 28 with proportional action which receives the oil under pressure from a hydraulic unit 30.
  • the control circuit also includes a computer 32 for carrying out the operations of calculation and memorizing all the necessary information. The information from this computer 32 is transmitted to a control unit 34 which controls the hydraulic valve 28 to regulate the oil flow rate, that is to say the operating speed of the hydraulic cylinder 24 and of the valve 22.
  • the oil flow rate is regulated by the valve 28 on command of the control unit 34 as a function of the quantity ⁇ S, that is to say that the valve 28 is moved faster when ⁇ S is large, and conversely, is moved more and more slowly as and as ⁇ S decreases. It is even preferable to stop the valve when 4S reaches a predetermined lower limit to be certain to avoid that the valve does not exceed its set position and possibly risk thus finding itself in the situation of FIG. 2.

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Abstract

Dans un four à cuve, comprenant une goulotte de distribution rotative, une ou plusieurs trémies de stockage pourvues chacune d'un clapet de dosage pour régler le débit de la matière de chargement s'écoulant de la trémie vers la goulotte, un système de pesée pour déterminer le contenu de la trémie, et pour ajuster la position du clapet de dosage, le clapet de dosage est ouvert chaque fois que le débit réel Q,est inférieur au débit de consigne Qc et il est maintenu en position lorsque le débit réel Qr est supérieur au débit de consigne Qc.

Description

  • La présente invention concerne,un procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve, comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante pour assurer la distribution de la matière sur la surface de chargement du four, une ou plusieurs trémies de stockage de la matière au-dessus du four,pourvues chacune d'un organe de dosage pour régler le débit de la matière de chargement s'écoulant de la trémie vers la goulotte, un système de pesée pour déterminer le contenu de la trémie, procédé selon lequel on détermine, par calcul ou expérimentation, le degré d'ouverture initial du clapet pour que le contenu d'une trémie s'écoule en un temps déterminé, on mémorise, pour différents types de matière et différentes conditions de chargement, les courbes théoriques d'un débit constant déterminé ainsi que de la position correspondante du clapet de dosage pour assurer l'écoulement dans le temps déterminé, ces courbes fournissant à chaque instant le débit de consigne Q et la position du clapet, on établit à intervalles déterminés le débit réel Q en mesurant la diminution de poids ΔP du contenu de la trémie par unité de temps Δt et l'on compare le débit réel Qr au débit de consigne Qc.
  • Lors du chargement d'un four à cuve à l'aide d'une goulotte de distribution, on s'arrange généralement de manière à déposer une couche, à symétrie diamétrale et uniformité circulaire sur la surface de chargement à l'aide du contenu d'une trémie de stockage. A cet effet, on dispose généralement d'un temps prédéterminé imposé par le rendement et la capacité du four, le mode de distribution et la coordination des opérations, telles que ouverture, fermeture des clapets, amenée de la matière de chargement etc. Connaissant donc ce temps disponible, il faut régler l'ouverture du clapet de dosage contrôlant l'écoulement hors de la trémie de manière que celle-ci se vide au moment où la goulotte termine sa phase de balayage à l'expiration du temps imposé.
  • Le réglage du clapet est réalisé, à cet effet, de la manière indiquée ci-dessus et comme décrit également dans les brevets US 3,929,240 et 4,074,816. Théoriquement, un réglage effectué de cette manière devrait permettre le dépôt d'une couche telle que souhaitée par les sidérurgistes. En pratique, il n'en est malheureusement pas ainsi, car certains paramètres peuvent influencer le débit d'écoulement, indépendamment de la position du clapet. Ainsi, par exemple, lorsque l'on choisit la position d'ouverture du clapet à partir de données étalon mémorisées et suivant la nature du matériau à charger afin d'obtenir un débit bien déterminé, on constate qu'en début de la phase d'écoulement le poids de la colonne des matières se trouvant au-dessus de l'ouverture d'écoulement peut provoquer une augmentation du débit. Par contre, au fur et à mesure de la vidange de la trémie, la diminution du poids réduit la poussée sur l'écoulement de sorte que le débit tombe en-dessous du débit de consigne. A cause de ce ralentissement, on dépasse nécessairement le temps imposé par le chargement du contenu d'une trémie dans le four, ce qui non seulement perturbe le programme de chargement, mais en plus, est la cause d'un chargement non symétrique, c'est-à-dire que la hauteur de la couche déposée est irrégulière dans le sens circulaire de la surface de chargement. D'autres facteurs, comme par exemple le degré d'humidité ou la granulométrie du matériau de chargement, peuvent influencer le débit.
  • Pour y remédier, on a essayé de corriger la position du clapet de dosage en fonction des fluctuations du débit, c'est-à-dire que l'on ferme légèrement le clapet lorsque le débit réel mesuré par la diminution du poids de la trémie est supérieur au débit de consigne et que l'on ouvre davantage le clapet lorsque le débit tombe au-dessous de la valeur de consigne. Toutefois, en réalité, la détermination du débit pour une position bien précise du clapet n'est possible qu'après que cette position ait été atteinte et, compte tenu du lapse de temps nécessaire à la détermination du débit, la position idéale ou de consigne du clapet lors des corrections de position est toujours atteinte, avant que l'on puisse le savoir. Autrement dit, quel que soit le sens de déplacement du clapet, c'est-à-dire ouverture ou fermeture, il est toujours déplacé trop loin et il est nécessaire d'effectuer des corrections successives et alternativement en sens opposé. Le résultat est que le débit réel oscille constamment autour de la valeur de consigne.
  • Le seul résultat positif réalisable par ce procédé est que l'on arrive plus ou moins à respecter le temps imposé pour l'écoulement du contenu d'une trémie. Par contre, à cause des fluctuations du débit, le dépôt de la matière de chargement devient encore plus irrégulier que sans corrections. En plus, ce procédé entraîne un inconvénient supplémentaire, dans la mesure où les inversions du mouvement de déplacement du clapet entre ouverture et fermeture et vice-versa provoquent des coups entraînant de fausses impulsions dans le système de mesure du poids.
  • Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé pour manoeuvrer le clapet de dosage de façon à assurer un débit quasi uniforme correspondant au débit de consigne.
  • Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par la présente invention est caractérisé en ce que le clapet de dosage est ouvert chaque fois que le débit réel est inférieur au débit de consigne et en ce qu'il est maintenu en position lorsque le débit réel est supérieur au débit de consigne.
  • L'ouverture de clapet est avantageusement réalisée suivant une amplitude L1 S qui correspond à la différence entre la position du clapet correspondant au débit de consigne Q et celle correspondant au débit réel Q r.
  • Selon un mode d'exécution avantageux, la vitesse d'actionnement du clapet est proportionnelle à la différence ΔS, c'est-à-dire si cette différence ΔS est grande, le clapet est déplacé relativement vite, alors que si cette différence ΔS est faible, le clapet est déplacé lentement. Comme mesure supplémentaire permettant d'assurer que le clapet ne dépasse pas la position visée, sa vitesse de déplacement devient nulle lorsque la différence ΔS atteint un minimum prédéterminé.
  • D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode d'exécution avantageux décrit ci-dessous, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • La figure 1 montre la courbe représentant la diminution du poids de la trémie sans correction de la position du clapet;
    • La figure 2 montre la courbe représentant la diminution du poids de la trémie avec correction de la position du clapet dans les deux sens;
    • La figure 3 montre la courbe représentant la diminution en poids de la trémie avec correction de la position du clapet dans un sens seulement selon la présente invention et
    • La figure 4 montre un schéma synoptique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé selon la présente invention.
  • La figure 1 montre, en traits gras, la courbe représentant le poids réel Pr, c'est-à-dire le poids mesuré tandis que la courbe en traits mixtes représente le poids de consigne P qui devrait permettre un écoulement uniforme de la matière de chargement dans le temps imposé T. Le gradient de ces courbes, c'est-à-dire
    Figure imgb0001
    représente le débit de l'écoulement qui est constant pour la courbe P .
  • Comme on peut le constater, l'évolution horizontale du début de chacune des courbes Pr et P re- présente la phase d'ouverture du clapet de dosage. Lorsque celui-ci a atteint sa position d'ouverture correspondant au débit de consigne Qc calculé d'après les données mémorisées et basées sur des calculs ou des expériences de chargement précédents, la diminution de poids de la trémie devrait être linéaire pour assurer un débit constant correspondant au débit de consigne Qc. Toutefois, comme le montre l'évolution des deux courbes, à partir d'un certain moment, la différence entre le poids et la matière qui se trouve réellement dans la trémie et celui de la matière qui devrait encore s'y trouver pour respecter le débit constant Q devient de plus en plus grande et la trémie ne sera vide que bien au-delà du temps imposé T.
  • Comme expliqué ci-dessus, des manoeuvres de correction de la position du clapet pour tenter de compenser l'écart entre les courbes P et P entraînent la situation de la figure 2 dans laquelle le débit réel oscille autour de la valeur de consigne car le clapet est toujours déplacé trop loin, quel que soit le sens de son déplacement.
  • Par contre, en manoeuvrant conformément à la présente invention, c'est-à-dire en effectuant les corrections de la position du clapet seulement dans le sens de son ouverture, on arrive à linéariser la courbe Pr et la confondre avec la courbe Pc pour respecter le débit de consigne, comme le montre la figure 3.
  • Si en manoeuvrant conformément à la présente invention, l'ouverture du clapet était trop grande, c'est-à-dire que le débit mesuré était supérieur au débit de consigne, on ne bouge pas le clapet, car sur base des connaissances de la figure 1, on sait que le débit va nécessairement diminuer sans modifier la position du clapet.
  • On va maintenant décrire en référence à la figure 4, un mode d'exécution avantageux pour la réalisation de ce procédé de correction de la position du clapet. Cette figure montre la tête d'un four 10 dans laquelle se trouve une goulotte 12 animée par un dispositif d'entraînement 14 pour la faire tourner autour de l'axe du four et ajuster son angle de déversement. Une charpente 16 portée par le four 10 supporte par l'intermédiaire d'une série de pesons 20 une trémie 18. Ces pesons fournissent constamment des indications sur le poids de la trémie 18 et, par conséquent, sur son contenu. L'orifice d'écoulement de cette trémie 18 est contrôlé par un clapet de dosage 22 qui peut être composé de deux registres à déplacement symétrique autour de l'axe du four. Ce clapet de dosage 22 est actionné par un cylindre hydraulique 24, tandis que la position réelle du clapet est constamment déterminée par un détecteur de positions 26.
  • Sur la figure, on n'a représenté qu'une seule trémie de chargement centrale 18. Il est toutefois évident que l'invention s'applique également à d'autres installations comprenant deux ou plusieurs trémies de chargement.
  • Le cylindre hydraulique 24 commandant la position du clapet de dosage 22 est actionné par une vanne hydraulique 28 à action proportionnelle qui reçoit l'huile sous pression d'une centrale hydraulique 30. Le circuit de commande comporte également un ordinateur 32 pour effectuer les opérations de calcul et mémoriser toutes les informations nécessaires. Les informations de cet ordinateur 32 sont transmises vers une unité de contrôle 34 qui commande la vanne hydraulique 28 pour régler le débit de l'huile, c'est-à-dire la vitesse de manoeuvre du cylindre hydraulique 24 et du clapet 22.
  • L'ordinateur 32 reçoit en permanence les informations Pr et Sr représentant respectivement le poids réel du contenu de la trémie 18 et la position réelle du clapet de dosage 22. Il reçoit, par ailleurs, des informations de consigne par le programme de chargement, notamment le temps T qu'on s'impose pour l'écoulement du contenu de la trémie 18 en fonction du programme de chargement et/ou de la distribution de la matière. Dans l'ordinateur 32 sont mémorisées les informations nécessaires à la commande, tels que différents paramètres relatifs à la nature de la matière de chargement, la position du clapet pour assurer un débit déterminé d'un matériau déterminé etc. Ces informations mémorisées résultent principalement de mises à jour successives basées sur les connaissances obtenues par des chargements précédents. C'est sur base de ces informations que l'ordinateur calcule et donne des informations de consigne à l'unité de contrôle 34 pour la manoeuvre du clapet 22. Ainsi, par exemple, sachant le temps T imposé pour l'écoulement du contenu de la trémie 18 et connaissant le poids de celui-ci et les paramètres relatifs à la nature du matériau, notamment sa granulométrie et éventuellement d'autres paramètres influençant la vitesse d'écoulement, l'ordinateur détermine le débit de consigne Q et à partir de celui-ci la position d'ouverture initiale du clapet 22. L'unité de contrôle 34 commande, sur base des informations de consigne reçues de l'ordinateur 32, la vanne hydraulique 28 qui actionne le cylindre 24 jusqu'à ce que la vanne 22 occupe la position d'ouverture de consigne. Cette manoeuvre est contrôlée par le détecteur 26 qui fournit les informations concernant la position instantanée du clapet à l'unité de contrôle qui arrête le mouvement d'ouverture du clapet 22 lorsque la différence ΔS entre la position réelle S et la position de consigne Sc est approximativement égale à zéro. A partir de ce moment, c'est-à-dire lorsque le clapet 22 occupe sa position d'ouverture de consigne, l'ordinateur détermine à intervalles prédéterminés, par exemple toutes les trois à quatre secondes, l'évolution de la diminution du poids de la trémie 18. Trois cas différents peuvent dès lors se présenter :
    • 1) - Si le débit réel Q , c'est-à-dire la diminution de poids P par unité de temps est égale au débit de consigne Qc ou est différent de celui-ci d'une quantité négligeable dont la valeur a été fixée arbitrairement au préalable, le clapet 22 est maintenu dans sa position d'ouverture initiale.
    • 2) - Si le débit réel Qr est supérieur au débit de consigne Qc, c'est-à-dire que la position Sr du clapet est trop grande et que ΔS = Sc - Sr est négatif, aucune correction de la position du clapet n'est effectuée sachant d'après les renseignements de la figure 1 que le débit Qr va diminuer automatiquement sans modification de la position du clapet 22 pour se rapprocher du débit de consigne Qc. Il est néanmoins possible de prévoir comme mesure de prévoyance, par exemple en cas de faute de programmation, que si ΔS dépasse exceptionnellement une limite supérieure, que le clapet soit automatiquement fermé d'une grandeur correspondant à cette limite prédéterminée.
    • 3) - Si le débit réel Qr devient inférieur au débit de consigne Qc, cela signifie que la position de consigne Sc précédente du clapet 22 était en fait trop petite et l'on procède dès lors à une correction de la position du clapet. A cet effet, l'ordinateur calcule les positions du clapet correspondant respectivement au débit de consigne Qc et au débit réel Qr et détermine la différence ΔS entre ces deux positions. L'unité de contrôle 34 commande dès lors à travers la vanne hydraulique 28 l'ouverture du clapet 22 d'une valeur égale à ΔS. Cette correction est répétée chaque fois qu'il devient nécessaire, c'est-à-dire chaque fois que le débit réel s'écarte du débit de consigne d'une valeur prédéterminée. Ces positions de consigne successivement corrigées du clapet 22 sont mémorisées dans l'ordinateur 32, de sorte que le chargement ultérieur effectué dans des conditions comparables ne nécessitent plus de corrections ou des corrections de moins en moins fréquentes.
  • Suivant un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, le débit d'huile est réglé par la vanne 28 sur ordre de l'unité de contrôle 34 en fonction de la grandeur ΔS, c'est-à-dire que le clapet 28 est déplacé plus vite lorsque ΔS est grand, et inversement, est déplacé de plus en plus lentement au fur et à mesure que ΔS diminue. Il est même préférable d'arrêter le clapet lorsque 4S atteint une limite inférieure prédéterminée pour être certain d'éviter que le clapet ne dépasse sa position de consigne et risquer éventuellement ainsi de se retrouver dans la situation de la figure 2.
  • Il reste finalement à souligner que le hardware décrit en référence à la figure 4 pour la mise en oeuvre du procédé n'a été montré qu'à titre d'illustration et qu'il est possible de remplacer certains éléments par d'autres ayant les mêmes fonctions. Par exemple, le circuit de commande hydraulique du clapet de réglage pourrait être remplacé par un circuit pneumatique ou un réseau électrique, la vanne à action proportionnelle 28 étant remplacée respectivement par une servo-vanne ou un circuit à thyristor.

Claims (5)

1. - Procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve, comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante pour assurer la distribution de la matière sur la surface de chargement du four, une ou plusieurs trémies de stockage de la matière au-dessus du four pourvues chacune d'un organe de dosage pour régler le débit de la matière de chargement s'écoulant de la trémie vers la goulotte, un système de pesée pour déterminer le contenu de la trémie, procédé selon lequel on détermine, par calcul ou expérimentation, le degré d'ouverture initial du clapet pour que le contenu d'une trémie s'écoule en un temps déterminé, on mémorise, pour différents types de matière de différentes conditions de chargement, les courbes théoriques d'un débit constant déterminé ainsi que de la position correspondante du clapet de dosage pour assurer l'écoulement dans le temps déterminé, ces courbes fournissant à chaque instant le débit de consigne Qc et la position du clapet, on établit, à intervalles déterminés, le débit réel Qr en mesurant la diminution de poids ΔP du contenu de la trémie par unité de temps Δt et l'on compare le débit réel Q au débit de consigne Q , caractérisé en ce que le clapet de dosage est ouvert chaque fois que le débit réel Qr est inférieur au débit de consigne Qc et en ce qu'il est maintenu en position lorsque le débit réel Qr est supérieur au débit de consigne Q .
2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture initiale du clapet est choisie de telle manière que le débit qui en résulte corresponde au débit de consigne Q c calculé.
3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet est ouvert suivant une amplitude ΔS qui correspond à la différence entre la position du clapet correspondant au débit de consigne Qc et celle correspondant au débit réel Q .
4. - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la vitesse d'actionnement du clapet est proportionnelle à la différence Δ S du déplacement nécessaire du clapet.
5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du clapet devient nulle lorsque la différence Δ S atteint un minimum prédéterminé.
EP86105644A 1985-05-10 1986-04-23 Procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve Expired EP0204935B1 (fr)

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LU85892A LU85892A1 (fr) 1985-05-10 1985-05-10 Procede de controle du chargement d'un four a cuve
LU85892 1985-05-10

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