LU82312A1 - SYSTEM FOR MEASURING THE LEVELS OF METAL BATH AND SLAG IN A METALLURGICAL CRUCIBLE DURING THE REFINING OF RAW CAST IRON - Google Patents
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Description
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Système de mesure des niveaux du bain de métal et de la scorie dans un creuset métallurgique au cours de l'affinage de la fonte brute ySystem for measuring the levels of metal bath and slag in a metallurgical crucible during the refining of pig iron y
La présente invention concerne un système pour la détermination des niveaux du bain de métal et de la scorie dans un creuset métallurgique au cours de l'affinage de la fonte brute.The present invention relates to a system for determining the levels of metal bath and slag in a metallurgical crucible during the refining of pig iron.
i 5 La connaissance du niveau de la scorie dans un convertisseur d'aciérie est importante, tant du point de vue métallui'gique, comme paramètre du degré d'avancement de l'affinage, que du point de vue de la sécurité, en vue de prévenir un débordement.i 5 Knowledge of the level of slag in a steel mill converter is important, both from a metalluical point of view, as a parameter of the degree of refining progress, and from a safety point of view, to prevent an overflow.
10 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 ou une scorie d'une consistance mousseuse était jugée désirable.10 Thus the applicant has developed a system for measuring the level of slag which allows at the same time an evaluation of the consistency thereof, which constitutes important information, especially for the refining of phosphorous cast irons or a slag from a frothy consistency was considered desirable.
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Ce système de mesure que le déposant a décrit dans le brevet luxembourgeois no 71.201, comporte un conduit acoustique ther-mostatisé qui est disposé au-dessus du convertisseur et qui capte le bruit émis par la lance de soufflage d'oxygène. Après filtrage 20 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 par la scorie et par là au degré du caractère mousseux présent, ainsi qu'à son niveau dans le creuset.This measurement system that the applicant described in Luxembourg patent no. 71.201, includes a ther-mostatized acoustic conduit which is placed above the converter and which picks up the noise emitted by the oxygen blowing lance. After filtering 20 of the frequencies whose origin is foreign to the parameters which are of interest for the measurement proper, a signal is retained whose interpretation makes it possible to conclude on the degree of the noise by the slag and thereby on the degree of the sparkling character present, thus only at its level in the crucible.
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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 lait que l'installation de 5 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, 10 l'installation ne manquerait d'être perturbée par la captation „ des bruits caractéristiques émis par le convertisseur voisin.Given, on the one hand, the location of the acoustic sensor, which is located essentially outside the crucible to minimize the risk of damage by projections and splashes and, on the other hand, the milk that the installation of 5 measurement captures the noises at characteristic frequencies from the blowing lance, it is clear that said installation can only be used under the condition that in the steelworks only one crucible at a time is in the blowing state. In fact, in the case of 2 or more converters in the blowing phase, the installation would not fail to be disturbed by the capture of the characteristic noises emitted by the neighboring converter.
Le même système de mesure où l'emplacement du capteur est situé en-dehors du creuset, est problématique dans le cas des in- i 15 stallations d'affinage où l'e 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 20 soustraire les gaz formés au cours de l'élaboration en vue d'une utilisation comme gaz de combustion, soit pour prévenir une postcombustion du monoxyde de carbone au voisinage immédiat de la tuyauterie du système de refroidissement installé dans la cheminée 25 Ainsi le déposant a proposé un système de mesure qui est décrit * dans la demande de brevet luxembourgeois no 81.512 et qui est caractérisé en ce que l'on prévoit à différents niveaux au-dessus du niveau de remplissage du creuset au moins deux prises de la pression hydrostatique, balayées par des jets de gaz inerte à débit 30 réglable, que l'on ajuste les pressions desdites prises ù des valeurs égales entre elles, que l'on capte ensuite les pressions existant auxdites prises et que l'on détermine le niveau de la scorie dans le creuset en interprétant les déviations des pression mesurées par rapport à leurs valeurs initiales.The same measurement system where the location of the sensor is located outside the crucible is problematic in the case of refining plants where the crucible can be more or less tightly connected to the chimney eg using a movable skirt fitted with hydraulic cylinders. In this case, these are refining installations where, during blowing, air is prevented as much as possible from entering the chimney, that is to say to remove the gases formed during the preparation for of use as a combustion gas, either to prevent post-combustion of carbon monoxide in the immediate vicinity of the piping of the cooling system installed in the chimney 25 Thus the applicant has proposed a measurement system which is described * in the request for Luxembourg patent No. 81.512 and which is characterized in that at least two hydrostatic pressure test points, swept by jets of inert gas with adjustable flow rate, are provided at different levels above the filling level of the crucible. '' the pressures of said intakes are adjusted to values equal to each other, that the pressures existing at said intakes are then captured and that the level of slag in the crucible is determined by interpreting the deviations of the pressures they are measured relative to their initial values.
Le balayage des prises au moyen du gaz inerte devait assurer qn0 l'embouchure à la face intérieure du réfractaire dans lequel sont 55 - 3 - l· logées les prises de pression soit toujours dégagée et le moins possible affectée par d’éventuelles éclaboussures.The scanning of the intakes by means of inert gas was to ensure that the mouth on the inner face of the refractory in which the pressure intakes are housed is always unobstructed and as little as possible affected by possible splashes.
Or, ce système de mesure, valable en soi, est trop tributaire des 5 conditions sévères régnant dans le creuset au cours de l'élaboration, si bien que les précautions prévues pour protéger l'embouchure des prises de pressions ne s'avérèrent pas toujours comme suffisantes.However, this measurement system, valid in itself, is too dependent on the 5 severe conditions prevailing in the crucible during the development, so that the precautions planned to protect the mouth from pressure taps do not always prove as sufficient.
10 Le but de l'invention consiste donc à proposer un système de mesure , simple, exempt des difficultés décrites et capable d'établir 1 ' é-* paisseur de la couche de scorie, tant dans le cas de plusieurs creusets voisins, que dans le cas d'installations où l'affinage est opéré en vase clos.The object of the invention therefore consists in proposing a simple measuring system, free from the difficulties described and capable of establishing the thickness of the slag layer, both in the case of several neighboring crucibles, and in the case of installations where the refining takes place in a vacuum.
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Ce but est atteint par le système de mesure suivant l'invention qui est caractérisé en ce qu'il consiste en une pluralité de capteurs de température qui traversent la paroi du creuset le long d'une ligne située essentiellement dans le plan de l'axe, et en 20 ce que chaque capteur est constitué d'une barre en un matériau bon conducteur de la chaleur, munie d'une enveloppe isolante du point de vue thermique, une extrémité de la barre se trouvant exposée au contact direct avec le contenu du creuset, tandi que l'autre extrémité est logée dans une cellule thermostatisée froide 25 et reliée à un système de mesure de la température.This object is achieved by the measurement system according to the invention which is characterized in that it consists of a plurality of temperature sensors which pass through the wall of the crucible along a line situated essentially in the plane of the axis. , and in that each sensor consists of a bar made of a material which is a good conductor of heat, provided with a thermally insulating envelope, one end of the bar being exposed to direct contact with the contents of the crucible, tandi that the other end is housed in a cold thermostatically controlled cell 25 and connected to a temperature measurement system.
% L'idée qui est à la base de la présente invention consiste en ce que l'on s'éloigne des systèmes de mesure mettant en oeuvre des capteurs optiques ou soniques, capteurs qui sont tous tributaires 30 des inconvénients d'ordre thermique ou mécanique, tels que brûlures, éclaboussures, projections, qui sont courants dans le domaine de l'affinage par soufflage d'oxygène. En effet, toutes les installations de mesure connues et qui permettent d'arriver tant bien que mal à une évaluation de l'emplacement du niveau de la 35 scorie dans le creuset, doivent comprendre des éléments de protection pour les capteurs sensibles à la température et aux sollicitations mécaniques, si bien que ces systèmes sont d'une part onéreux et que, d'autre part, leur bon fonctionnement dépend de l'état des éléments de protection.The idea which is the basis of the present invention consists in moving away from the measurement systems using optical or sonic sensors, sensors which are all dependent on thermal or mechanical drawbacks. , such as burns, splashes, projections, which are common in the field of oxygen blowing refining. In fact, all the known measurement installations which make it possible as best as possible to assess the location of the level of the slag in the crucible, must include protective elements for the temperature-sensitive sensors and mechanical stresses, so that these systems are expensive on the one hand and that, on the other hand, their proper functioning depends on the state of the protective elements.
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Par contre, le système de mesure suivant l'invention prévoit de créer dans la carcasse du creuset plusieurs canaux par où passent à tout moment des flux thermiques d'intensité différente suivant la présence de scorie liquide ou mousseuse ou de métal en fusion.On the other hand, the measurement system according to the invention provides for creating in the carcass of the crucible several channels through which thermal flows of different intensity pass at any time depending on the presence of liquid or frothy slag or of molten metal.
5 Un pareil canal thermique, réalisé par l'intermédiaire d'une barre en un matériau bon conducteur de la chaleur, se prête de manière quasi idéale à la détection d'une source de chaleur intense tout en étant pratiquement insensible à l'effet destructeur de la chaleur, dont il faut mettre à l'abri les capteurs conven-10 tionnels et ceci grâce à la bonne conductibilité thermique du matériau, combinée à l'isolation thermique dont on munit ladite barre, ainsi qu'à la thermostatisation de son extrémité située en-dehors du creuset.5 Such a thermal channel, produced by means of a bar made of a material which is a good conductor of heat, is almost ideal for detecting an intense heat source while being practically insensitive to the destructive effect. heat, from which it is necessary to shelter the conventional sensors and this thanks to the good thermal conductivity of the material, combined with the thermal insulation with which said bar is provided, as well as with the thermostatization of its end located outside the crucible.
15 En effet, la chaleur intens'e qui frappe l'extrémité chaude de la barre au contact avec la scorie ou avec le métal, est véhiculée avec rapidité vers l'extrémité refroidie; des éclaboussures ou des projections ne sauraient ni endommager, ni obstruer la section de contact de la barre. Tandis qu'une éclaboussure de scorie est 20 capable d'arrêter le fonctionnement d'un capteur optique ou sonique du moins au cours de la période de soufflage où une intervention extérieure est exclue, il n'en est pas de même dans le cas présent où une éclaboussure ne constitue aucun obstacle, étant donné qu!au moment décisif, c.à.d. lorsque s'approche le niveau de 25 la scorie liquide, l'obstacle fond et libère la section de contact du canal thermique qui n'a pas cessé de fonctionner.Indeed, the intense heat which strikes the hot end of the bar in contact with the slag or with the metal, is conveyed quickly to the cooled end; splashes or splashes cannot damage or obstruct the contact section of the bar. While a slag splash is capable of stopping the operation of an optical or sonic sensor at least during the blowing period when external intervention is excluded, it is not the same in the present case where a splash does not constitute any obstacle, given that at the decisive moment, i.e. as the level of liquid slag approaches, the obstacle melts and releases the contact section of the thermal channel which has not stopped working.
De même l'usure progressive du réfractaire au cours de la campagne . de soufflage, qui représente un problème pour tous les systèmes 50 conventionnels, ne se répercute pas de manière notable sur les résultats de mesure dans le cas présent. En effet, l'usure du réfractaire conduit tout au plus à une usure correspondante de La barre, dont la section de contact reste en permanence à la hauteur de la surface du réfractaire. Il en résulte évidemment un raccour-35 cissement du canal thermique.Likewise the gradual wear of the refractory during the campaign. blowing, which is a problem for all conventional systems 50, does not significantly affect the measurement results in this case. Indeed, the wear of the refractory leads at most to a corresponding wear of the bar, the contact section of which remains permanently at the height of the surface of the refractory. This obviously results in a shortening of the thermal channel.
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Suivant une forme d’exécution particulièrement avantageuse, il est prévu de mesurer en continu ca raccourcissement à l'aide d'un capteur émetteur-récepteur ultra-sonore qui est monté du côté thermostatisé du canal thermique. Une unité de traitc-5 ment du signal, mis à disposition par ce capteur, permet do quantifier exactement le flux thermique, en fonction de l'usure du réfractaire et par là, en fonction du raccourcissement du canal thermique.According to a particularly advantageous embodiment, provision is made for continuously measuring this shortening using an ultrasonic transmitter-receiver sensor which is mounted on the thermostatically controlled side of the thermal channel. A signal processing unit, made available by this sensor, allows the thermal flux to be quantified exactly, as a function of the wear of the refractory and thereby, as a function of the shortening of the thermal channel.
10 Tandis que certains systèmes connus de mesure du niveau et/ou de * la consistance de la scorie ne permettent que l'obtention d'un signal "tout ou rien", le signal qui est mis à la disposition grâce au système suivant l'invention est essentiellement évolutif, étant donné le caractère meme du canal thermique.10 While certain known systems for measuring the level and / or * the consistency of the slag only allow an "all or nothing" signal to be obtained, the signal which is made available thanks to the system according to the The invention is essentially evolving, given the very nature of the thermal channel.
15 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description des dessins où la fig. 1 représente une coupe longitudinale schématisée à travers un capteur formant une unité dans le système de mesure suivant l'invention, tandis que la fig. 2 20 montre une coupe transversale d'un capteur comprenant plusieurs barres.Other characteristics and advantages will emerge from the description of the drawings in which FIG. 1 shows a longitudinal section diagrammatically through a sensor forming a unit in the measurement system according to the invention, while FIG. 2 20 shows a cross section of a sensor comprising several bars.
On distingue en fig. 1 une barre (l) servant au transport de chaleur. Cette barre qui doit être on un matériau bon conducteurWe can see in fig. 1 a bar (l) for transporting heat. This bar which must be a good conductive material
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de la chaleur est en métal, de préférence on cuivre.heat is metal, preferably copper.
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La barre est munie d'une enveloppe isolante (10) et l’ensemble (l, 10) traverse le réfractaire d'usure (2ü), le garnissage (30) et la carcasse (40) d'un creuset.The bar is provided with an insulating envelope (10) and the assembly (l, 10) passes through the wear refractory (2ü), the lining (30) and the carcass (40) of a crucible.
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La barre (l) aboutit dans une cellule thermostatisée (4) fixée à la carcasse (40) du creuset et refroidie par un gaz. On distingue les conduits (5) et le thermostat (6) qui règle le débit du gaz de refroidissement.The bar (1) ends in a thermostatic cell (4) fixed to the carcass (40) of the crucible and cooled by a gas. There are the conduits (5) and the thermostat (6) which regulates the flow of the cooling gas.
La barre (l) est connectée à un conducteur métallique (3), qui est utilement en constantan, via le thermocouple (2).The bar (l) is connected to a metallic conductor (3), which is usefully in constantan, via the thermocouple (2).
35 t ~ b - L'émetteur-récepteur ultrasonore (7) est monté axialement au canal thermique, du côté thermostatisé du système.35 t ~ b - The ultrasonic transceiver (7) is mounted axially on the thermal channel, on the thermostat side of the system.
En fig» 2 on a représenté une construction comprenant plusieurs 5 barres (l) munies d'une enveloppe commune (lü) d'isolation thermique. Il est bien entendu que cotte forme d'exécution offre un surplus de sécurité, surtout pour la barre centrale, par un ac-croissement du flux thermique réalisé par la multiplication des canaux en jeu.In fig »2 there is shown a construction comprising several bars (l) provided with a common envelope (lü) of thermal insulation. It is understood that this embodiment offers additional security, especially for the central bar, by an increase in the heat flux produced by the multiplication of the channels in play.
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