LU86804A1 - Temp. measurement in steel converter - using extrapolation from three measurements taken at intervals through thickness of container wall - Google Patents

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LU86804A1
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LU
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LU86804A
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Pierre Nyssen
Christian Marique
Christian Coessens
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Centre Rech Metallurgique
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Abstract

In a steel converter the steel is contained with a reservoir having a base (F) and an internal surface layer (C). The steel (B) lies above the internal surface layer (c). In order to determine the temperature in the bath, represented for example on the inner surface (o) the temperature is measured at thtree points (1-3) situated quarter, half, and three-quarters of the way through the inner surface. At a given instant the three temperature valves may be (t-dt), (t-2dt) and (t-3dt) where t represents the steel temperature. By monitoring the movement of temperature at the three points the steel temperature may be measured continuously.

Description

y *y *

BL-4009/BMBL-4009 / BM

Revendication de la priorité d'une demande de brevet déposée en Belgique le 10 mars 1987 sous le No 6/48.210 (904.460) C 2356/8603.Claim of the priority of a patent application filed in Belgium on March 10, 1987 under No 6 / 48.210 (904.460) C 2356/8603.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,METALLURGICAL RESEARCH CENTER -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).Non-profit association -Vereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).

Procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique.Method for continuously determining the temperature of a metal bath.

La présente invention porte sur un procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique contenu dans un récipient métallurgique, en particulier d'un bain d'acier liquide dans un convertisseur d'aciérie.The present invention relates to a method for continuously determining the temperature of a metal bath contained in a metallurgical vessel, in particular a bath of liquid steel in a steelworks converter.

Dans la description qui va suivre, la référence à un bain d'acier dans un convertisseur n'est cependant donnée qu'à titre indicatif, car la présente invention peut également s'appliquer à tout bain de métal, ferreux ou non-ferreux, contenu dans un récipient métallurgique.In the description which follows, the reference to a steel bath in a converter is however only given for information, because the present invention can also be applied to any metal bath, ferrous or non-ferrous, contained in a metallurgical container.

s 2.-s 2.-

On connaît l'importance que revêtent la connaissance de la température d'un bain d'acier, ainsi que l'évolution de cette température au cours du temps, pour apprécier notamment le degré d'accomplissement des réactions de décarburation. L'obtention de la nuance d'acier désirée implique que l'on surveille ces réactions et par conséquent la température du bain de façon aussi précise et continue que possible, afin de déterminer avec précision le moment du rabattement du convertisseur.We know the importance of knowing the temperature of a steel bath, as well as the evolution of this temperature over time, to appreciate in particular the degree of completion of the decarburization reactions. Obtaining the desired steel grade involves monitoring these reactions and therefore the bath temperature as precisely and continuously as possible, in order to accurately determine the timing of the converter drawdown.

Il existe dans la technique actuelle divers moyens de mesure de la température d'un bain métallique. A titre d' exemple, on peut citer les thermocouples perdus, logés dans des bombes et lancés dans le bain où ils sont détruits après la mesure, ainsi que la lance auxiliaire dite "sub-lance" qui plonge dans le bain à travers la couche de scories.In the current technique, there are various means of measuring the temperature of a metal bath. As an example, we can cite the lost thermocouples, housed in bombs and launched into the bath where they are destroyed after the measurement, as well as the auxiliary lance called "sub-lance" which plunges into the bath through the layer slag.

Ces moyens connus ne répondent cependant pas entièrement à l'objectif visé, car ils ne fournissent que des mesures ponctuelles et instantanées qui ne traduisent pas nécessairement l'état thermique réel du bain et ne permettent pas d'en déterminer l'évolution. En outre, ils sont coûteux, car chaque élément de mesure ne peut servir qu'une seule fois.These known means, however, do not fully meet the objective, because they only provide point and instantaneous measurements which do not necessarily reflect the actual thermal state of the bath and do not allow the evolution thereof to be determined. In addition, they are expensive because each measuring element can only be used once.

La présente invention propose un procédé de mesure continu permettant de remédier aux inconvénients précités.The present invention provides a continuous measurement method which makes it possible to remedy the aforementioned drawbacks.

Le procédé de la présente invention est basé sur l'observation que la température d'un point quelconque du fond du récipient suit l'évolution de la température du bain, ; avec un certain retard qui dépend de la position du point dans le fond et de la nature du matériau constituant leThe method of the present invention is based on the observation that the temperature of any point on the bottom of the container follows the evolution of the temperature of the bath; with a certain delay which depends on the position of the point in the background and the nature of the material constituting the

s Vs V

3.- fond. Il va de soi que le procédé de l'invention n'est pas limité au fond proprement dit, mais qu'il peut également s'appliquer dans toute partie du garnissage située sous le niveau du bain, A cet effet, le procédé qui fait l'objet de.la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on mesure la température en au moins deux points situés au sein d'une région de la paroi dudit récipient qui est en contact avec le bain métallique, en ce que l'on enregistre en continu l'évolution de la température desdits points et en ce que l'on en déduit l'évolution de la température du bain au cours du temps, ce qui permet de déterminer la température du bain à tout instant.3.- background. It goes without saying that the process of the invention is not limited to the bottom proper, but that it can also be applied in any part of the lining situated below the level of the bath. For this purpose, the process which makes the object of the present invention is essentially characterized in that the temperature is measured at at least two points located within a region of the wall of said container which is in contact with the metal bath, in that the 'the evolution of the temperature of said points is continuously recorded and that the evolution of the temperature of the bath over time is deduced therefrom, which makes it possible to determine the temperature of the bath at any time.

Dans le cadre de ce procédé, il s'est avéré intéressant de mesurer la température en une série de points, par exemple en trois points, répartis selon l'épaisseur de la couche intérieure de ladite paroi le long d'une droite perpendiculaire à cette paroi. On entend par couche intérieure, une couche d'épaisseur relativement faible, par exemple la couche d'usure, la plus proche du bain de métal.In the context of this process, it has proved advantageous to measure the temperature at a series of points, for example at three points, distributed according to the thickness of the inner layer of said wall along a straight line perpendicular to this wall. By inner layer is meant a layer of relatively small thickness, for example the wear layer, closest to the metal bath.

Selon 1*invention, on détermine la température du bain métallique à un instant donné à partir des valeurs de température mesurées auxdits points, au moyen d'un modèle mathématique qui tient compte de la position des points dans la paroi et de la nature du matériau constituant ladite paroi, en particulier de sa conductibilité thermique.According to the invention, the temperature of the metal bath is determined at a given instant from the temperature values measured at said points, by means of a mathematical model which takes into account the position of the points in the wall and the nature of the material. constituting said wall, in particular of its thermal conductivity.

Le procédé de l'invention va être expliqué en détail ci-dessous, en faisant référence aux figures annexées représentant, à titre d'exemple :The method of the invention will be explained in detail below, with reference to the appended figures representing, by way of example:

’ V’V

4.-4.-

Fig.l : la position de trois points de mesure dans la couche intérieure d'un fond de convertisseur;Fig.l: the position of three measurement points in the inner layer of a converter base;

Fig.2 : les courtes d'évolution de la température de ces points en fonction du temps.Fig. 2: the short evolution of the temperature of these points as a function of time.

Dans la figure 1, on a représenté schématiquement une portion de la couche intérieure C d'un fond F de convertisseur, eri contact avec un bain d'acier B. Soit 0 un point de la surface du fond qui se trouve directement exposé au bain B. La température Tq au point 0 représente donc la température du bain d'acier, supposée homogène. A la verticale du point 0 sont situés trois points de mesure 1, 2, 3 qui, pour simplifier, sont régulièrement répartis suivant l'épaisseur de la couche intérieure C; ils sont positionnés respectivement au quart, à la moitié et aux trois-quarts de l'épaisseur de cette couche, comptée à partir du point 0.In FIG. 1, a portion of the inner layer C of a bottom F of the converter is shown schematically, in contact with a steel bath B. Let 0 be a point on the bottom surface which is directly exposed to the bath B. The temperature Tq at point 0 therefore represents the temperature of the steel bath, assumed to be homogeneous. Vertical to point 0 are located three measurement points 1, 2, 3 which, for simplicity, are regularly distributed according to the thickness of the inner layer C; they are positioned respectively at quarter, half and three-quarters of the thickness of this layer, counted from point 0.

Le procédé de l'invention consiste à mesurer les trois températures T^, T2 et T3 aux points 1, 2, 3 à un instant t quelconque, et à en déduire la température TQ du point 0 à ce même instant t.The method of the invention consists in measuring the three temperatures T ^, T2 and T3 at points 1, 2, 3 at any time t, and in deducing therefrom the temperature TQ of point 0 at this same time t.

Si la température Tq du point 0 subit une variation AT à un instant t, cette variation ne se manifeste pas instantanément aux points 1, 2 et 3, en raison du temps requis pour permettre la diffusion thermique du point 0 aux autres points 1, 2, 3. Les distances entre ces points 0, 1, 2, 3 étant égales, la variation de température AT ne se manifeste aux points 1, 2 et 3 qu'aux instants suivants ; point 1 : t + At point 2 : t + 2 At point 3 : t + 3 At.If the temperature Tq of point 0 undergoes a variation AT at an instant t, this variation does not manifest itself instantaneously at points 1, 2 and 3, because of the time required to allow thermal diffusion from point 0 to the other points 1, 2 , 3. The distances between these points 0, 1, 2, 3 being equal, the variation in temperature AT is manifested at points 1, 2 and 3 only at the following instants; point 1: t + At point 2: t + 2 At point 3: t + 3 At.

λ 5.-λ 5.-

Comme on l'a déjà indiqué plus haut, le temps At dépend de la distance séparant deux points de mesure voisins et de la diffusivité thermique du matériau. A titre d'exemple, pour des points de mesure distants l'un de l'autre de 5 cm, le temps At vaut environ 6 minutes pour un fond en magnésie-carbone et seulement 10 secondes pour le cuivre.As already indicated above, the time At depends on the distance separating two neighboring measurement points and on the thermal diffusivity of the material. As an example, for measurement points 5 cm apart from each other, the time At is worth approximately 6 minutes for a background in magnesia-carbon and only 10 seconds for copper.

La figure 2 montre les courbes d'évolution de la température en fonction du temps, jusqu'à l'instant t, pour les trois points de mesure 1, 2 et 3. La courbe correspondant au point 0, c'est-à-dire à la surface du réfractaire et donc à la température du bain, n'est connue que jusqu'à l'instant t"' = t - 3 At, à la suite des cycles opératoires antérieurs. Sur ces courbes, on a indiqué les températures mesurées aux points 1, 2, 3 aux instants t; t' = t - At; t" = t - 2 At; t'" = t - 3 At.Figure 2 shows the temperature evolution curves as a function of time, up to time t, for the three measurement points 1, 2 and 3. The curve corresponding to point 0, that is to say on the surface of the refractory and therefore at the temperature of the bath, is known only until the instant t "'= t - 3 At, following the previous operating cycles. On these curves, the temperatures measured at points 1, 2, 3 at times t; t '= t - At; t "= t - 2 At; t '"= t - 3 At.

La température T^, mesurée au point 3 à l'instant t, est le résultat de l'évolution de la température du point 3 depuis l'instant t' = t - At jusqu'à l'instant t, sous l'effet de la chaleur reçue du point 2 et de la chaleur cédée à un point 4 plus profond, non représenté, pendant l'intervalle de temps At. La température dépend donc des températures T^, et T^, ainsi que de la nature du réfractaire et de la distance séparant les points de mesure.The temperature T ^, measured at point 3 at time t, is the result of the change in temperature at point 3 from time t '= t - At to time t, under the effect of the heat received from point 2 and of the heat transferred to a deeper point 4, not shown, during the time interval At. The temperature therefore depends on the temperatures T ^, and T ^, as well as on the nature of the refractory and the distance between the measurement points.

De même, la température dépend de T£, de et de T^, et la température dépend de T”'/ de T J" et de T^'' .Likewise, the temperature depends on T £, and and T ^, and the temperature depends on T ”'/ T J" and T ^' '.

Connaissant les températures mesurées des points 1, 2 et 3 aux instants t, t', t", t’" ainsi que le profil thermi-·, que régnant dans l'épaisseur du fond du convertisseur au 6.- * «Knowing the temperatures measured from points 1, 2 and 3 at times t, t ', t ", t’ "as well as the thermal profile, which prevails in the thickness of the bottom of the converter at 6.- *"

VV

temps t'", on se donne une température à partir de laquelle on peut calculer les températures TL1* , T'* et =jj r 2 T^ . On détermine ensuite les écarts entre ces températures et les températures réelles mesurées T£, et aux mêmes points, puis on minimise ces écarts afin d'obtenir la température T”' effective.time t '", we give ourselves a temperature from which we can calculate the temperatures TL1 *, T' * and = jj r 2 T ^. We then determine the differences between these temperatures and the actual measured temperatures T £, and at the same points, then these differences are minimized in order to obtain the effective temperature T ”'.

En s'imposant,un taux de variation de la température de surface du réfractaire, c'est-à-dire une évolution désirée de la température du bain d'acier, on calcule la température Tq à l'instant t en extrapolant sur l'intervalle de temps 3 At. Cet intervalle peut être rendu suffisamment petit par un choix judicieux des matériaux employés et par un positionnement approprié des points de mesure.By imposing itself, a rate of variation of the surface temperature of the refractory, that is to say a desired evolution of the temperature of the steel bath, the temperature Tq at time t is calculated by extrapolating on l time interval 3 At. This interval can be made sufficiently small by a judicious choice of the materials used and by an appropriate positioning of the measurement points.

Toutes ces opérations de calcul sont effectuées par un ordinateur, sous la conduite d'un modèle mathématique approprié, afin de donner quasi instantanément la valeur de la température Tq au point 0 à l'instant t.All these calculation operations are carried out by a computer, under the supervision of an appropriate mathematical model, in order to give almost instantaneously the value of the temperature Tq at point 0 at time t.

La méthode par "extrapolation" qui fait l'objet de l'invention présente donc, outre une très grande vitesse, une précision largement suffisante pour les besoins industriels.The “extrapolation” method which is the subject of the invention therefore has, in addition to a very high speed, an accuracy which is largely sufficient for industrial needs.

Claims (3)

7.- Λ K Revendications.7.- Λ K Claims. 1. Procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique contenu dans un récipient métallurgique, caractérisé en ce que l'on mesure la température d'au moins deux points situés au sein d'une région de la paroi dudit récipient qui est en contact avec le bain métallique, en ce que l'on enregistre en continu l’évolution de la température desdits points et en ce que l'on en déduit l'évolution de la température du bain au cours du temps.1. A method for continuously determining the temperature of a metal bath contained in a metallurgical container, characterized in that the temperature of at least two points located within a region of the wall of said container which is measured is measured is in contact with the metal bath, in that the change in temperature of said points is continuously recorded and in that the change in temperature of the bath over time is deduced therefrom. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure la température en une série de points répartis selon l'épaisseur.de la couche intérieure de ladite paroi, le long d'une droite perpendiculaire à cette paroi.2. Method according to claim 1, characterized in that the temperature is measured at a series of points distributed along the thickness.de the inner layer of said wall, along a straight line perpendicular to this wall. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on détermine la température du bain métallique à un instant donné à partir des valeurs de températures mesurées auxdits points, au moyen d'un modèle mathématique qui tient compte de la position des points dans la paroi et de la nature du matériau constituant ladite paroi, en particulier de sa conductibilité thermique.3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the temperature of the metal bath is determined at a given instant from the temperature values measured at said points, by means of a mathematical model which takes account the position of the points in the wall and the nature of the material constituting said wall, in particular its thermal conductivity.
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