FR2556838A1 - Procede pour detecter quantitativement la reaction de decarburation dans le processus de fabrication d'une tole d'acier electrique - Google Patents
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Abstract
LA REACTION DE DECARBURATION QUI SE PRODUIT DANS LA FABRICATION D'UNE TOLE D'ACIER ELECTRIQUE EST DETECTEE QUANTITATIVEMENT EN FAISANT PASSER UN FAISCEAU 7 D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES A PROXIMITE DE LA TOLE, QUI EST PLACEE DANS UN FOUR DE RECUIT 1, PUIS EN MESURANT LA QUANTITE D'ABSORPTION DU FAISCEAU D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES, QUI EST ABSORBE PAR LA VAPEUR D'EAU A PROXIMITE DE LA TOLE D'ACIER ETOU PAR LE CO GAZEUX RESULTANT DE LA REACTION ENTRE LA VAPEUR D'EAU ET LA TOLE D'ACIER 9.
Description
PROCEDE POUR DETECTER QUANTITATIVEMENT LA
REACTION DE DECARBURATION DANS LE PROCESSUS
DE FABRICATION D'UNE TOLE D'ACIER ELECTRIQUE
La présente invention est relative à un procédé pour détecter quantitativement la réaction de décarburation
qui se produit dans un four de recuit pendant la fabri-
cation d'une tôle d'acier électrique. Plus particuliè-
rement, la présente invention est relative à un procédé pour la détection in situ de la réaction de décarburation
qui se produit dans un four de recuit.
Les tôles d'acier électrique servent dans la partie centrale des mécanismes et dispositifs électriques. Les
tôles d'acier électriques sont classés sommairement en
deux types, à savoir une tôle d'acier électrique à grains
non orientés qui est fabriquée en utilisant une recris-
tallisation primaire et une croissance normale des grains, et une tôle d'acier électrique à grains orientés qui est fabriquée en utilisant un phénomène o des grains
cristallins ayant une orientation particulière des cris-
taux, par exemple l'orientation exprimée par l'indice
de Miller t110i <001>, subissent une croissance anor-
male, cette croissance anormale étant appelée recris-
tallisation secondaire.
Le carbone est une des impuretés d'une tôle d'acier électrique à grains non orientés et il est éliminé ou décarburé au maximum possible pendant la fabrication, car le carbone demeurant dans le produit définitif nuit aux propriétés magnétiques du produit et, avec le temps, les propriétés magnétiques du noyau dans lequel est utilisé le produit se détériorent progressivement. Cette
détérioration est évoquée sous l'appellation de phéno-
mène de vieillissement magnétique.
La teneur en carbone des aciers au silicium peut être réduite au stade de la transformation de l'acier en fusion comprenant l'élaboration de l'acier et le prétraitement de l'acier en fusion. Si, au stade de la transformation de l'acier en fusion, on essaie d'atteindre une faible
teneur en carbone qui ne nuise pas aux propriétés magné-
tiques, un processus aux opérations complexes indispen-
sable pour atteindre la teneur en carbone désirée entraîne un rendement très bas de fabrication d'acier. Il reste donc habituellement une certaine quantité de carbone au stade de la transformation de l'acier en fusion, et il est éliminé ou décarburé à un stade ultérieur. Cette décarburation est généralement effectuée au stage du recuit, c'est-à-dire que la décarburation est atteinte parallèlement à la recristallisation primaire et à la
croissance normale des grains pendant le recuit.
Dans la fabrication d'une tôle d'acier électrique à grains orientés, une certaine teneur en carbone est nécessaire pour réaliser une recristallisation secondaire stable. L'acier en fusion a donc une teneur en carbone comprise entre environ 0,02% et 0,06% afin que cette teneur en carbone d'un feuillard crée des conditions
pour une recristallisation secondaire stable.
La nécessité de maîtriser la teneur en carbone dans la fourchette précitée est connue depuis longtemps dans
la technique concernée.
La Publication de brevet japonais non examiné n 58-55530 décrit un procédé représentatif pour maîtriser la teneur en carbone. Selon le procédé décrit dans cette publication, on obtient le produit suivant les processus
suivants: laminage à froid en une seule passe d'un feuil-
lard laminé à chaud ou passe multiple de pièce laminées
à froid avec recuit intermédiaire pour obtenir l'épais-
seur définitive du produit; recuit de décarburation en atmosphère d'hydrogène humide; application puis séchage d'une poudre principalement composée de MgO; ensuite, recuit à une température supérieure à 1100 C. Ce recuit effectué au stade final de la fabrication a pour buts de produire une recristallisation secondaire et de former une matière isolante céramique principalement constituée de 2!IgO.SiO2 par suite de la réaction entre SiO2, formé à la surface de la tôle pendant l'opération de décarburation-recuit, et MgO, appliqué à la surface de la tôle. Un objet de la décarburation-recuit est la réduction de la teneur en carbone de la tôle d'acier, avant le recuit de recristallisation secondaire, au niveau le plus bas possible, habituellement 0,002% au
rmaximum, produisant ainsi de manière stable une recris-
tallisation secondaire.
Classiquement, la décarburation d'une tôle d'acier
laminée à chaud s'effectue uniquement au stade décarbu-
ration-recuit. Cormme décrit dans la publication précitée,
la quantité optimale de carbone pour la recristallisa-
tion secondaire dépend de la quantité de carbone lors de l'opération de laminage à froid. Aussi, selon un
procédé de décarburation récemment utilisé, la décarbu-
ration s'effectue lors du recuit d'un feuillard laminé à chaud ou au stade du recuit intermédiaire afin de réaliser une décarburation aussi complète que celle
atteinte précédemment au stade du recuit de décarburation.
En bref, peu importe que la tôle d'acier électrique à fabriquer soitdu type à grains non orientés ou à grains
orientés, la décarburation s'effectue par recuit.
Par ailleurs, la décarburation continue, pendant l'opération de décarburation-recuit, selon les réactions suivantes: C(dans Fe-Si) + H20 v CO + H2. Comme la quantité de carbone est élevée dans l'acier au début du recuit, il se forme beaucoup de CO. S'il se forme
une grande quantité de CO, la réaction précitée conti-
nue vers la gauche ou un oxyde se forme à la surface de la tôle d'acier, de telle sorte que la vitesse de
décarburation est ralentie. Dans ce cas, il est néces-
saire soit d'augmenter H20, soit de diluer le CO formé à l'aide d'un milieu gazeux d'apport afin de faciliter
la décarburation. rendant une phase de recuit o la dé-
carburation se noursuit et o la quantité de carbone dans l'acier est donc diminuée, la quantité de CO formée devient faible. Dans ce cas, à moins que la quantité de 1i20 dans l'atmosphère gazeuse de recuit ne soit réduite, il se forme un oxyde fort à la surface de la
tôle d'acier. Il est donc nécessaire de déceler les quan-
tités de Il20 et de CO dans l'atmosphère de recuit et
de rdguler l'atmosphère de recuit en fonction des quan-
tités de H20 et de CO décelées. Cette régulation s'ef-
fectue en envoyant des gaz dans le four de recuit ou en ajustant le point de rosée de l'atmosphère gazeuse du four de recuit. Cette régulation est le plus stricte
lors de la phase de décarburation-recuit, qui est réa-
lisée après la phase finale de laminale à froid dans la fabrication d'une tôle d'acier électrique à grains
orientés, décrite en détail plus loin.
L'opération de décarburation-recuit vise principa-
lement à induire la recristallisation primaire de la tôle d'acier laminée à froid et la décarburation, ainsi qu'à former une couche de dépôt de silice, c'est-à-dire une pellicule d'oxyde. La couche de dépôt de silice formée lors de la phase de décarburation-recuit exerce une grande influence sur la formation d'une pellicule primaire, c'est-à-dire un film de forstellite formé
à un stade postérieur à l'opération de décarburation-
recuit. La formation d'une couche de dépôt de silice et ses propriétés jouent donc un rôle important dans la détermination des caractéristiques de dissipation de puissance des articles dans lesquels est utilisée la
tôle d'acier électrique à grains orientés.
L'H20, qui participe à la réaction de décarburation précédemment décrite C + H20 Fe CO + H2 et qui est amenée à régir avec le carbone de l'acier, est la vapeur d'eau
contenue dans l'atmosphère gazeuse du four de recuit.
Lors de l'opération de décarburation-recuit, il se pro-
duit d'abord une décarburation par H20. Si, cependant,
la pression partielle de H20 est trop élevée, une pel-
licule d'oxydes, tels que FeO, Fe2O3 et autres, se forme à la surface de la tôle d'acier et fait obstacle au
contact entre H O20 et C, supprimant de ce fait la décar-
buration et affectant donc les propriétés magnétiques.
H20 réagit ensuite avec Si contenu dans l'acier
lors de la seconde moitié de la phase de décarburation-
recuit et induit la formation d'une couche de dépôt de silice, c'est-àdire d'une pellicule d'oxydes tels que SiO2, 2FeO SiO2 et autres, selon les réactions suivantes: Si + 2H20 O - SiO + 2H 2Fe + Si + 4H20 - 2FeOSiO2 + 4H2 Si ces réactions se poursuivent jusqu'à déterminer une oxydation excessive, l'adhésivité de la pellicule est affectée et l'épaisseur de la pellicule dépasse celle de la pellicule primaire nécessaire, ce qui aboutit à une diminution du facteur espace d'un coeur et à une
détérioration des propriétés de la pellicule. L'oxyda-
tion par les réactions précitées doit être maîtrisée afin de réaliser une pellicule d'oxydes d'une quantité
et d'une composition appropriées pour former un revête-
ment approprié d'excellente qualité, car la quantité et la composition de la pellicule d'oxydes exerce une influence sur la qualité de la pellicule isolante vitreuse
composée principalement de 2MgO-SiO2 et appelée revête-
ment primaire.
Comme décrit précédemment, la réaction de décarbu-
ration et la réaction d'oxydation pour former une couche
d'oxydes interviennent toutes deux au stade de l'opéra-
tion de décarburation-recuit.
Pour réaliser de façon compatible une décarburation satisfaisante et une formation appropriée de la couche
d'oxydes, il importe de mattriser parfaitement l'atmos-
phère gazeuse, le point de rosée, la durée et autres
de l'opération de décarburation-recuit.
Dans la technique antérieure, le rapport despressions partielles 0/PH entre la vapeur et l'hydrogène gazeux
ou le point de rosée des gaz du four de recuit est mal-
trisé, comme dans la publication de brevet japonais exa-
miné no 58-43 691. Le rapport des pressions partielles
et le point de rosée sont déterminés en mesurant la pro-
portion de la vapeur d'eau par rapport à l'hydrogène avant l'admission des gaz d'apport dans le four de recuit. Selon un autre procédé, décrit dans -"Steel Handbook IV, 3rd Edition", publié par le Japan Institute for Iron and Steel, page 561, une sonde de mesure de point de rosée,
o est utilisée la caractéristique de saturation hygro-
scopique du chlorure de lithium, est fixée sur le four de recuit, et l'atmosphère gazeuse du four est prélevée par aspiration hors du four pour être introduite dans la sonde afin de mesurer le point de rosée. Dans ce cas, l'atmosphère gazeuse dans une partie de l'intérieur du four sert à mesurer le point de rosée. On ne considère
pas que les valeurs ainsi recueillies donnent des infor-
mations exactes sur la décarburation et la formation de la pellicule d'oxydes, car il est indubitable que le rapport des pressions partielles et le point de rosée varient fortement dans l'espace à l'intérieur du vaste
four de recuit.
Par "informations exactes", l'inventeur entend l'état
de l'atmosphère gazeuse au voisinage de la tôle d'acier.
L'inventeur comprend la nécessité de connaître quanti-
tativement la décarburation comprenant la formation d'une
pellicule d'oxydes et se produisant par suite des réac-
tions entre la surface de la t8ie d'acier et la vapeur
d'eau présente à procimité de la surface.
Comme les procédés habituels de mesure du point de rosée et autres comportent des points à améliorer, on
ne peut affirmer que les procédés classiques de régu-
lation de la décarburation soient satisfaisants. Ainsi, comme un procédé correct pour obtenir des informations
exactes n'a jusqu'à présent pas été présenté, une régu-
lation de la décarburation non fondée sur des informa-
tions exactes a été précédemment réalisée.
Le présent inventeur a conçu l'idée d'utiliser une
onde électromagnétique pour mesurer le point de rosée.
Le procédé de mesure du point de rosée inclus dans cette
idée consiste à faire passer un faisceau d'ondes élec-
tromangétiques à proximité d'un article dans un four et à mesurer l'absorption de l'onde électromagnétique
par la vapeur d'eau à l'intérieur du four. Par ce pro-
cédé, on peut mesurer le point de rosée au voisinage de l'article dans le four. L'idée précitée est appliquée dans le processus de fabrication d'une tôle d'acier électrique. La présente invention vise à fournir des informations plus utiles pour maîtriser le déroulement de la phase de décarburation dans la fabrication de tôles d'acier électrique que ne le permettent les procédés classiques
de mesure de l'atmosphère gazeuse d'un four de recuit.
La présente invention vise particulièrement à réa-
liser un procédé pour mesurer la concentration de la vapeur d'eau à proximité de la surface d'une tôle d'acier
o se produit la réaction de décarburation.
La présente invention vise aussi particulièrement
à réaliser un procédé pour mesurer simultanément à pro-
ximité de la surface d'une tôle d'acier o se produit la décarburation la concentration de vapeur d'eau et la concentration de CO gazeux, c'est-àdire le produit
de la réaction.
La présente invention vise aussi en particulier à réaliser un procédé pour mesurer les pressions partielles du CO gazeux et de la vapeur d'eau ou le rapport des
pressions partielles PH o/Pco.
La concentration de la vapeur d'eau et/ou du CO gazeux, la pression partielle du CO gazeux et de la vapeur d'eau, le rapport des pressions partielles PH20 /PCo, ou le point de rosée correspondant à la concentration de la vapeur d'eau à proximité immédiate d'une tôle d'acier dans un four de recuit se mesure en
utilisant le fait que, lorsqu'un faisceau d'ondes élec-
tromagnétiques d'une longueur d'ondes particulière pré-
sentant une caractéristique d'absorption due à la vapeur d'eau et/ou au CO gazeux se propage dans l'espace du four, l'ampleur de l'absorption du faisceau d'ondes électromagnétiques varie en fonction de la quantité de
vapeur d'eau et de CO gazeux.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est un schéma montrant le principe de mesure du procédé selon la présente invention; la figure 2 est une courbe montrant les relations entre le point de rosée et la pression de la vapeur d'eau saturée; la figure 3 est un schéma de principe du système de mesure de la présente invention; la figure 4 est un schéma représentant une forme de réalisation de la présente invention; la figure 5 montre le résultat d'un procédé selon la présente invention de mesure du point de rosée moyen et de la concentration moyenne du CO gazeux à proximité d'une tôle d'acier dans un four de recuit-décarburation
continu d'une tôle d'acier électrique.
Sur la figure 1 sont représentés les éléments fon-
damentaux de la présente invention.
Un four de recuit-décarburation 1 est pourvu sur les deux parois latérales 2, 2' de petites ouvertures, lesquelles ouvertures sont obturées par des lucarnes
3, 3' afin d'éviter que ne s'échappe l'atmosphère ga-
zeuse de l'intérieur du four. Les lucarnes 3, 3', étant
transmissives pour l'onde électromagnétique, sont appe-
lées ci-après lucarnes 3, 3' de transmission d'onde élec-
tromagnétique. Un faisceau d'ondes électromagnétiques 5 est émis par la source 4 placée, via le décomposeur de faisceau 7, en face de la lucarne 3 de transmission d'onde électromagnétique. La bande de longueurs d'onde de l'onde électromagnétique issue de la source de lumière comprend une ou plusieurs bandes absorbées par la vapeur d'eau, telles que 1,39 gm, 1,84 An, 2,7 pm et 5,5 à
6,5 gm, et par le CO gazeux, telles que 4,6 à 4,7 am.
Un détecteur 8 est placé en face du décomposeur de fais-
ceau 7. Un miroir réfléchissant 6, tel qu'un miroir Lit-
trow, est installé à l'extérieur de l'autre lucarne 3'
de transmission d'onde électromagnétique.
La tôle d'acier électrique 9 est placée dans l'in-
térieur 1' du four de recuit-décarburation 1, et la surface 9' de la tôle est mise en réaction par contact
avec la vapeur d'eau dans l'intérieur 1' du four.
Le faisceau 5 d'ondes électromagnétiques, par exemple un faisceau de rayons infrarouges, se propage
de telle manière qu'il traverse la fenêtre 3 de trans-
mission d'onde électromagnétique et atteint la proxi-
mité immédiate de la surface 9'. Le faisceau 5 est
ensuite réfléchi à l'extérieur du four par le décompo-
seur de faisceau 7 et est guidé jusqu'au détecteur 8.
La forme, en coupe transversale, du faisceau 5 d'ondes électromagnétiques peut être optionnellement commandée
par un procédé optique, mais a de préférence un dia-
mètre de 0,1 à 50 mm. Plus la distance entre le faisceau 5 et la surface 9' de la tôle d'acier électrique est faible, plus il est souhaitable de détecter la réaction de contact. Cependant, du fait de certains problèmes pratiques tels que les vibrations de la tôle 9 d'acier
électrique se déplaçant dans le four 1 de recuit-décar-
buration, la distance entre le faisceau 5 et la surface 9' de la tôle 9 d'acier électrique est de préférence au minimum de 0,1 rm et au maximum de 100 mm. La longueur d'onde de l'onde électromagnétique est choisie, suivant le ou les gaz à déceler, d'une valeur de 1,39 in, 1,84 Dm, 2,7 Dm ou 5,5 à 6,5 Dm dans le cas de la vapeur d'eau et de 4,6 à 4,7 Dm dans le cas du CO gazeux. L'intensité de l'onde électromagnétique décelée par le détecteur 8 varie selon la concentration de la vapeur d'eau et du
CO gazeux formés par suite de la réaction de décarbu-
ration et, donc, la concentration de la vapeur d'eau et du CO gazeux, la pression partielle de la vapeur d'eau et du CO gazeux et/ou le rapport des pressions partielles sont mesurables par le détecteur 8. Cette mesure est une mesure in situ de l'intérieur 1' du four o a lieu
la réaction de décarburation.
Le passage du faisceau 5 d'ondes électromagnétiques sur la surface 9' de la tôle 9 d'acier électrique peut
se faire dans n'importe quelle direction. Quand le fais-
ceau 5 d'ondes électromagnétiques longe la largeur de la tôle 9 d'acier électrique dans l'intérieur 1' du four, on peut obtenir les valeurs moyennes de la vapeur d'eau et/ou du CO gazeux sur la largeur, c'est-àdire que des composants qui participent à la réaction par contact sont détectés par leur valeur moyenne dans une partie particulière du four 1 de recuit-décarburation. Ceci permet de maîtriser le processus de décarburation et les qualités de la matière par un procédé entièrement différent des méthodes classiques de régulation de fours de recuitdécarburation pour la fabrication de tôles d'acier électrique. En outre, comme la détection du faisceau 5 d'ondes électromagnétiques peut s'effectuer à une grande vitesse, des mesures continues sont toujours possibles même si la tôle 9 d'acier électrique circule
très rapidement dans l'intérieur 1' du four.
On va maintenant décrire le principe des mesures
selon la présente invention.
Un rayon infrarouge avec une longueur d'ondes () présentant une caractéristique d'absorption en présence de la vapeur d'eau est exprimé comme ayant une intensité Iw(Z) à une distance (Z). L'intensité Iw(Z) est esprimée conformément à la loi de Lambert-Beer par la formule générale suivante: (Z) = Iw(0) exp ( -nw Z)(1 w w w (1), dans laquelle Iw(0) est l'intensité à Z = O, c'est-à-dire l'intensité d'incidence, n est le nombre de moles de la vapeur d'eau w par volume unitaire, et w est la constante d'affaiblissement d'un rayon
infrarouge en présence de vapeur d'eau.
Si la distance entre la source lumineuse 4 et le miroir réfléchissant 6 est exprimée par Z, la distance
L de propagation devient 2k (L = 2e).
En remplaçant Z de la formule (1) par L, I w(L) w(L) - exp (-w -nw L) (2) 1w(0) 2
Les deux membres de la formule (2) sont des expres-
sions logarithmiques modifiées, et le nw de la formule w
(2) est transposé dans le membre gauche.
i.' 1. Iw(L) nw = - tn (3) w.L wn iw(0) Comme w et L de la formule (3) sont des constantes,
le nombre de moles de la vapeur d'eau par volume uni-
taire (nw) est obtenu d'après le rapport entre l'inten-
sité détectée (Iw(L)) et l'intensité d'incidence (Iw(O)).
On suppose que l'espace du four représenté à la figure 1 est une installation ouverte dans laquelle le gaz AX humidifié est envoyé de l'extérieur pour y maintenir un point de rosée constant et dans laquelle la pression de l'intérieur du four est maintenue à environ 1 atmosphère. Les relations entre la pression partielle de la vapeur d'eau Pw, le volume du four V,
le nombre de moles de la vapeur d'eau Nw et la tempé-
rature de l'atmosphère gazeuse dans le four T(K) sont établies de la manière suivante dans l'installation ouverte de l'espace du four: Pw.V =Nw -R.T (4)
o R est la constante des gaz.
Comme le nombre de moles de la vapeur d'eau par volume unitaire (nw) est Nw/V, Pw peut s'exprimer ainsi: P = n -RT (5) w w De la sorte, si le nombre de moles de la vapeur d'eau par volume unitaire (nw) est mesuré selon la formule (3) et si T est déterminé par la température du four, on peut obtenir la pression partielle de la
vapeur d'eau Pw à l'intérieur du four par la formule (5).
De plus, comme les relations entre la pression de la vapeur d'eau saturée correspondant à (Pw) et le point de rosée tw ( C) ont la forme unique indiquée à la figure 2, Pw conduit à la détermination du point de Pw
rosée t ( C).
w De même, le nombre de moles du CO gazeux par volume unitaire du gaz du four (nCO) et la pression partielle du CO gazeux (Pco) sont donnés par les formules suivantes _ = - 1 L Zn ICO(L) (6) "co GCo.L ICO(0) et P =n *R-T (7) CO nCORT o ICO(O) est l'intensité d'incidence à Z = 0 d'un rayon infrarouge dont la longueur d'ondes est absorbée par le CO gazeux,
ICO(z) est l'intensité d'incidence à une dis-
tance Z d'un rayon infrarouge dont la longueur d'ondes est absorbée par le CO gazeux, et GCO est la constante d'atténuation d'un rayon infrarouge dont la longueur d'ondes est absorbée par
le CO gazeux.
La formule (8) est obtenue par les formules (3) et (6), et la formule (9) est obtenue par les formules
(5) et (7).
nw w(L) COn(L) (8) nCO w w w(O0) ICO(O) J P n nww (9) PCo nCo La formule 9, o le rapport de la pression partielle de la vapeur d'eau, qui induit la réaction par contact,
et la pression partielle du CO gazeux, qui est le pro-
duit de la réaction, sont donnés, est une formule par-
ticulièrement appropriée à utiliser comme indice de
l'état de réaction de la décarburation.
Sur la figure 3 est représenté un schéma de prin-
cipe du système de mesure.
Sur la figure 4 est représentée une forme de réa-
lisation o est appliqué le présent principe de mesure.
Le faisceau 5 d'ondes électromagnétiques issu de la source de lumière 4 a une bande de longueurs d'ondes comprenant la longueur d'ondes A présentant la propriété d'être absorbée par la vapeur-d'eau. Seule cette longueur
d'ondes A est laissée passer à travers le filtre 10.
Le faisceau 5 d'ondes électromagnétiques ayant traversé
le filtre 10 parvient d'abord au décomposeur 7 de fais-
ceau, puis à la couronne rotative 11. La couronne rota-
tive 11 comporte une fenêtre 11' entièrement transmis-
sive, un miroir entièrement réfléchissant 11" et une surface d'absorption totale 11"'. Lorsque la fenêtre entièrement transmissive 11' est placée en travers du trajet optique du faisceau 5 d'ondes dlectromagnétiques
pendant la rotation de la couronne rotative 11, le fais-
ceau 5 est introduit et se propage dans l'intérieur 1' du four et est réfléchi par le miroir réfléchissant 6 le long du trajet optique précédent. Le faisceau 5 d'ondes électromagnétiques est ensuite réfléchi par le décomposeur 7 de faisceau et pénètre dans le détecteur 8. Le signal ainsi décelé par le détecteur 8 est exprimé
par I1.
Quand le miroir entièrement réfléchissant 11" est placé en travers du trajet optique du faisceau 5 d'ondes électromagnétiques, il s'y produit un réfléchissement total du faisceau 5. Le faisceau réfléchi 5 est réfléchi par le décomposeur 7 de faisceau puis pénètre dans le
détecteur 8 qui détecte le signal 12.
Quand la surface d'absorption totale 11"' est placée en travers du trajet optique, le signal réfléchi par
la surface 11"' puis décelé par le détecteur 8 est sup-
posé être d'intensité zéro et est exprimé par 13.
Les signaux décrits ci-dessus peuvent être décrit de la manière suivante: 1 = k1 Il (0) exp (-n'Z0- e L) + Ib (10) I2 = k2 I (O0) exp (-In'Zo) + Ib (11) 13 = Ib (12) k1 et k2 ci-dessus sont des coefficients constants o sont incluses la réflectivité des miroirs et les constantes géométriques du système optique. La valeur n' ci-dessus est la distance optique entre la couronne rotative 11, via le décomposeur 7 de faisceau, et le détecteur 8. La valeur Ib ci-dessus est une valeur de bruit détecté comportant le bruit émis par la couleur
du fond ambiant.
On obtient (I1 - I3)/(I2 - I3) d'après les formules (10) à (12) cidessus: I1 - I3 k - exp <-cn L) (13)' 2 3 2 n ( On obtient la formule (14) d'après la formule (13) ci-dessus n = AlL n k I1 I3(14),
I2 -I3
n=- -3- - (14),
o k = k2/k1 = constante.
Le nombre de moles (n) de la vapeur d'eau par volume unitaire de l'intérieur (gaz) du four s'obtient
donc par la formule (14).
Un dispositif calculateur relié au détecteur 8 peut effectuer les calculs décrits plus haut selon le
mode opératoire indiqué à la figure 2 pour donner faci-
lement la valeur de "n".
Le procédé de mesure de la vapeur d'eau est décrit en référence à la figure 4. Le procédé de mesure du CO
gazeux peut être mis en oeuvre de façon similaire. Ega-
lement, la vapeur d'eau et le CO gazeux peuvent être mesurés simultanément, à condition qu'un faisceau ayant une longueur d'ondes absorbée par la vapeur d'eau et un faisceau à longueur d'ondes absorbée par le CO gazeux
se propagent le long du même trajet optique.
On va maintenant exposer la présente invention au
moyen d'exemples.
Exemple 1
Dans cet exemple, on a mesuré la vapeur d'eau grace
à la forme de réalisation représentée à la figure 4.
* Une lampe-tungstène halogène a servi de source de lumière 4. Un filtre antiparasite ayant une longueur d'ondes) de 1,39 bm et une largeur de bande effective dde 0,15 -m a servi de filtre 10. Le faisceau 5 d'ondes électromagnétiques avait un diamètre de 3 mm se propageait au-dessus de la surface 9' de la tôle d'acier à une distance de 10 mm de la surface 9'. Un capteur de rayons infrarouges au germtanium (Ce) a servi
de détecteur 8. L'intérieur 1' du four était une installation ouverte maintenue à 820 C en
fonction de la température de l'at-
mosphère gazeuse. Une quantité constante de gaz N12 con-
tenant de la vapeur d'eau était envoyée à l'intérieur
1' du four.
En mesurant la vapeur d'eau, on a trouvé comme nombre de moles de vapeur d'eau par volume unitaire (n) une valeur de 3,5 moles/m3. La pression partielle de la vapeur d'eau a été obtenue par la formule (5) avec P = 0, 32 atm -. 240 mm HIg. Le point de rosée tw 70 C w
a été obtenu d'après Pw et les données de la figure 2.
Pour comparer le point de rosée obtenu avec celui obtenu par un procédé, les gaz de l'intérieur 1' du four ont été aspirés à l'extérieur des abords immédiats de la surface 9', puis ont été soumis à une mesure du point de rosée à l'aide d'un appareil de mesure de point
de rosée au chlorure de lithium vendu dans le commerce.
Le point de rosée mesuré par cet appareil était de 71 C.
Le point de rosée mesuré par le procédé de la pré-
sente invention a quasiment coïncidé avec celui mesuré par le procédé classique. Ce fait a confirmé les mesures de la concentration molaire et de la pression partielle de la vapeur d'eau selon le procédé de la présente invention.
Exemple 2
Dans cet exemple, on a mesuré le CO gazeux au moyen
de la forme de réalisation représentée à la figure 4.
On a utilisé comme source lumineuse 4 un four à
rayonnement de corps noir à une température de 800 C.
Un filtre antiparasite ayant une longueur d'ondes X de 4,6 Am et une largeur de bande effective ^À de 0,1 gm a servi de filtre 10. Un capteur de rayons infrarouges au!!gCdTe a servi de détecteur 8. Le CO gazeux a été envoyé depuis une bombe dans l'intérieur 1' du four, maintenu à une température normale, dans une quantité telle que la concentration molaire du CO gazeux était
égale à ncO = 1,8 moles/m3.
On a mesuré la concentration molaire, à l'aide de la formule (14), avec nco = 1,9 moles/m3, une valeur proche de la concentration molaire fournie. La formule (7) a été substituée à cette valeur pour obtenir la pression partielle du CO gazeux. On a obtenu PCO =
0,047 atm. = 35,7 mm Hg.
Exemple 3
Les dispositifs de mesure utilisés dans les Exemples 1 et 2 ont été montés sur les parois latérales d'un four de recuit-d6carburation pour la fabrication de tôles d'acier électrique de manière à ce que le trajet optique soit situé à 10 mm de la surface des tôles et coupe perpendiculairement la direction de déplacement de la tôle d'acier. Le point de rosée moyen et la concentration moyenne du CO gazeux à proximité de la surface de la tôle ont été observés sur un grand laps de temps. Les
résultats sont présentés à la figure 5.
La figure 5 montre clairement la variation dans
le temps de la concentration moyenne du CO gazeux.
Comme décrit plus haut, en particulier dans les exemples, la concentration et la pression partielle de la vapeur d'eau et du CO gazeux, ainsi que le rapport des pressions partielles mesuré par le procédé de la
présente invention, permettent une détection quantita-
tive, in situ, de la réaction de décarburation qui se
produit à la surface d'une tôle d'acier électrique.
Pendant la fabrication normale d'une tôle d'acier élec-
trique, telle qu'elle est réalisée dans l'Exemple 3, la variation de concentration du CO gazeux est faible, comme représenté à la figure 5. Cependant, quand on modifie la vitesse de la chaîne ct/ou la tempnérature, tout siqnal anormal de la concentration du CO gazeux résultant de cette modification est décelable par le procédé de la présente invention et peut directement servir à réguler le processus de décarburation et, par
là-même, à rétablir la stabilité du processus.
Outre la lampe-tungstène halogène et le four à rayonnement de corps noir, d'autres sources lumineuses telles qu'une lampe au xénon, une lampe au tungstène
et un LASER en régime pulsé tel qu'un LASER à semi-
conducteur ou un LASER à CO2 peuvent également être
utilisées. Par ailleurs, une source émettrice de micro-
ondes peut aussi servir de source lumineuse, car la bande de longueurs d'ondes de la micro-onde présente une propriété d'absorption en présence de vapeur d'eau
et/ou de CO gazeux.
Le procédé selon la présente invention peut être mis en oeuvre en un certain nombre de points dans le sens longitudinal d'un four de recuitdécarburation ou dans le sens de déplacement d'une tôle d'acier afin de détecter avec précision les progrès de la décarburation ou la réaction par contact d'une tôle
d'acier électrique.
Une source d'émission et un récepteur d'onde élec-
tromagnétique peuvent être mont6s sur les parois du four ou à l'extérieur du four, empêchant ainsi la chaleur
issue de l'intérieur du four d'affecter les mesures.
Dans ce cas, la mesure continue est stabilisée à tous égards. Le procédé selon la présente invention ne sert pas
seulement a évaluer quantitativement la réaction de décar-
buration d'une tôle d'acier électrique, mais encore est facilement utilisable pour réguler le point de rosée de l'intérieur du four avec un four de recuit à rayonnement pour tôles d'acier inoxydable et avec le recuit continu
d'une tôle d'acier mince.
Claims (7)
1. Procédé pour détecter quantitativement une réac-
tion de décarburation dans la fabrication d'une tôle d'acier électrique, dans lequel un faisceau d'ondes électromagnétiques, qui a une longueur d'ondes présen- tant la propriété d'être absorbée par la vapeur d'eau et le CO gazeux, est amené à passer à proximité d'une surface de la tôle d'acier électrique placée dans un four de recuit-décarburation, et une valeur d'absorption du faisceau électromagnétique absorbé par le CO gazeux, formé par suite d'une réaction entre la vapeur d'eau et la surface de la tôle d'acier électrique, est mesurée, fournissant ainsi la concentration de la vapeur d'eau
et du CO gazeux.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel
une pression partielle de la vapeur d'eau et une pres-
sion partielle du CO gazeux sont obtenues à partir des
concentrations de vapeur d'eau et de CO gazeux respec-
tivement et, en outre, on obtient un rapport des pres-
sions partielles.
3. Procédé pour détecter quantitativement une réaction de décarburation dans la fabrication d'une tôle d'acier électrique, dans lequel un faisceau d'ondes
électromagnétiques, qui a une longueur d'ondes présen-
tant la propriété d'être absorbée par la vapeur d'eau et le CO gazeux, est amené à passer à proximité d'une surface de la tôle d'acier électrique placée dans un four de recuit-décarburation, et une valeur d'absorption du faisceau électromagnétique absorbé par la vapeur d'eau est mesurée, fournissant ainsi la concentration de la vapeur d'eau, puis le point de rosée est obtenue à
partir de la concentration de la vapeur d'eau.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel on fait passer le faisceau d'ondes électromagnétiques le long d'une largeur de la t8ôle
d'acier électrique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 3 dans lequel on utilise, comme source d'émission du faisceau d'ondes électromagnétiques, un élément pris dans un ensemble constitué d'une lampe émettant des rayons infrarouges, en particulier une lampe-tungstène halogène à corps noir, une lampe au xénon, d'un LASER émetteur de rayons infrarouges, en particulier un LASER à semi-conducteur émettant un rayonnement infrarouge de longueur d'ondes variable, un LASER à C02, et d'un générateur de micro-ondes, en particulier une diode Gunn.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel une source d'émission et un récepteur du faisceau électromagnétique sont montés sur les parois latérales du four;de recuitdécarburation ou à l'extérieur
du four de recuit-décarburation.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel une série de dispositifs de mesure du faisceau d'ondes électromagnétiques sont installés
dans le four de recuit-décarburation.
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